第14回受賞者(2019年度)

橘高 俊一郎 氏(東京大学物性研究所)
「極低温精密比熱測定による超伝導ギャップ構造の決定」
水野 英如 (東京大学 大学院総合文化研究科)
「ガラスの力学特性における階層構造の理論的解明」

第14回(2019年)受賞者は、実験部門で橘高俊一郎氏(東京大学物性研究所)が、理論部門で水野英如氏(東京大学大学院総合文化研究科)が選考されました。

2019年11月27日、東京大学本郷キャンパス小柴ホールで表彰式が行われ、秋光純同賞運営委員長から賞状その他が贈られました。


1979年以来、従来のBCS理論の枠組みを超えた非従来型超伝導が数多く発見されており、それらの超伝導発現機構の解明は物性物理学の重要課題です。非従来型の超伝導ギャップは多くの場合、特定の波数方向でゼロになる「ノード」を持ち超伝導ギャップに構造があります。その構造が超伝導発現機構を解明する鍵となりますが、超伝導ギャップ構造を実験的に決めるのは容易ではありません。

橘高氏は、超小型温度計の導入や外部ノイズ対策など装置に数々の改良を加え、0.06 K以下の極低温まで比熱の磁場角度依存性を高精度に測定できる世界最高水準の装置を完成させ、これを用いて非従来型超伝導体のギャップ構造を次々と解明し、これらの超伝導の理解を大きく深化させました。中でも、異方的d波超伝導であると長年考えられてきた重い電子系超伝導体CeCu2Si2(Tc = 0.6 K)において極低温までの磁場中比熱の精密測定を行い、小さいフルギャップが存在している事を発見したことには大きな意義があります。重い電子系においてフルギャップのs波超伝導が実現しているとすれば、これまでの常識を覆すこととなり、多くの研究者に強烈なインパクトを与えることになります。さらに、p波超伝導体と考えられているSr2RuO4では、超伝導ギャップが水平ラインノードを持ち、p波とは矛盾することをNMR実験に先立ち指摘しました。

これらの成果は、非従来型超伝導体の研究に大きな進展をもたらしたばかりでなく、極低温精密測定から得られる知見の新しい可能性を示したことからも、凝縮系科学賞に相応しい業績です。


ガラスの力学的性質は結晶のそれに比べて複雑であり、振動モードに限ってもその物理的描像の全貌は明らかではありません。力学的特性を反映する弾性・音波物性は比熱や熱伝導度という物理量として観測にかかりますが、その理論的解明は大変重要なテーマです。

水野氏はこの課題に大規模な分子動力学計算を用いてアプローチし、ガラスが (i) ミクロスケールでは分子が不規則に配置する構造体であり、 (ii) メソスケールでは弾性率が空間中を不均一に分布する弾性体、そして (iii) マクロスケールでは欠陥がある弾性体として振る舞う階層構造を持つことを明らかにし、「弾性不均一性」という概念を提出しました。(ii)のメソスケールでは弾性率の空間分布を解析し、局所弾性率の確率分布関数から不規則性を定量的に評価することに成功しました。(iii)のマクロスケールでは結晶と同様にガラスにも弾性波が存在するが、それに加えて「局在モード」が存在することを明らかにしました。そして局在モードが散乱体として働き、ガラス中を伝搬する音波をレイリー散乱則に従って散乱させることを示しました。

これらの成果は、ガラスの物理学において大きな進展をもたらした凝縮系科学賞に相応しい業績です。