生体ダイナミクス講座
光物性研究室
木村 真一 教授
キーワード：
電子構造、分子振動、電子線加速器、分光・イメージング
現代物理学と生命機能の接点を探る
生命現象に現れる化学反応や物理的性質は、物質中の量子力学に基づく電子構造・分子振動の変化やそれらに基づく分子移動が起源です。その生命現象や物理的性質を解明するために、電子構造や分子振動の変化をさまざまな波長の光で可視化することによって、起源を明らかにできるばかりでなく、得られた情報を元にして隠れた機能性を明確にすることも可能になります。我々は、そのような視点に立ち、電子線加速器から発生するシンクロトロン光などを使った赤外・テラヘルツから真空紫外・軟X線領域、さらには高輝度電子線を用いた新しい分光・イメージング手法を独自で開発し、新しい機能性の創造に至る機能性の開拓と方法論の開発を行っています。
物質の機能性の起源である電子構造を詳細に調べることができる光電子分光装置（SAMRAI）。
メンバー
| 木村 真一 教授 | kimura.shin-ichi.fbs[at]osaka-u.ac.jp |
|---|---|
| 渡邊 浩 准教授 | hwata.fbs[at]osaka-u.ac.jp |
| 中村 拓人 助教 | nakamura.takuto.fbs[at]osaka-u.ac.jp |
| 山村 賛美 事務補佐員（秘書） | kimuralab-secretary[at]fbs.osaka-u.ac.jp |
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Q＆A
- 現在注目しているテーマは何ですか？
- 生命系分子の物性や基本的な性質に注目しています。例えば、一部のアミノ酸分子は誘電性が高いために大きな非線形光学効果を示し、またDNA分子は一次元半導体であり、塩基の配列を変えることで、エネルギーギャップが大きく変化することが理論的に予想されています。これらの性質も含めて、物理的に興味がある物質について研究しています。
- 最新のブレイクスルー、研究成果について教えてください。
- 人工光合成に用いられる光機能錯体の電荷移動による電子や分子の移動を時間分解テラヘルツ分光で直接観測したり、特定の半導体の表面にだけ現れる金属状態が数学的なトポロジーが起源になっていることを発見したりしたことです。また、新しい観測方法として、元素選択的な電子分光法を開発しました。
- どのようなバックグラウンドを持つメンバーで研究をすすめていますか？
- 我々の研究室では、量子力学・統計力学が基本にありますので、物理学や量子化学の知識が必要です。このような知識を持つメンバーで研究を進めています。
- 国内外の研究機関との連携について教えてください。
- 国内外のシンクロトロン光施設を使用して研究を進めています。また、韓国大邱慶北科学技術院や独国マックスプランク固体化学物理研究所等との共同研究も行っています。
- 研究室から巣立った人たちはどのような道を歩まれていますか？
- 電機・光学・材料等の大手企業に就職しています。また、アカデミアにも就職しています。
- 今後どんな展開が期待されますか？
- 生命科学と量子物理学との融合を目指しています。
研究成果
Publications (Research Articles, Reviews, Books)
2022年
Breakdown of bulk-projected isotropy in surface electronic states of topological Kondo insulator SmB6(001)
Nat. Commun. 13, 5600 2022 （ DOI：10.1038/s41467-022-33347-0）
Recent progress in clean-surface formation of topological Kondo insulators and topological surface states observed there
Electron. Struct. 4, 033003 2022 （ DOI：10.1088/2516-1075/ac8631）
Fluctuating spin-orbital texture of Rashba-split surface states in real and reciprocal space
Phys. Rev. B 105, 235141 2022 （ DOI：10.1103/PhysRevB.105.235141）
2021年
Optical study of the electronic structure of locally noncentrosymmetric CeRh2As2
Phys. Rev. B 104, 245116 2021 （ DOI：10.1103/PhysRevB.104.245116）
Bulk-sensitive spin-resolved resonant electron energy-loss spectroscopy (SR-rEELS): Observation of element- and spin-selective bulk plasmons
Rev. Sci. Instrum 92, 093103 2021 （ DOI：10.1063/5.0055435）
Optical properties in the hole-doped Ca8.5Na1.5(Pt3As8)(Fe2As2)5 single crystal
Results in Physics 27, 104468 2021 （ DOI：10.1016/j.rinp.2021.104468）
Optical evidence of local and itinerant states in Ce- and Yb-heavy-fermion compounds
Electron. Struct. 3, 024007 2021 （ DOI：10.1088/2516-1075/abffe2）
2020年
Magneto-Optics of the Weyl Semimetal TaAs in the THz and IR Regions
JPS Conference Proceedings 30:011017 2020 （ DOI：10.7566/JPSCP.30.011017）
One-dimensionality of the spin-polarized surface conduction and valence bands of quasi-one-dimensional Bi chains on GaSb(110)-(2ﾃ)
Phys. Rev. B 101, 235306 2020 （ DOI：10.1103/PhysRevB.101.235306）
2019年
Giant Rashba system on a semiconductor substrate with tunable Fermi level: Bi/GaSb(110)-(2ﾃ)
Phys. Rev. Mater. 3:126001 2019 （ DOI：10.1103/PhysRevMaterials.3.126001）
Stokes to Anti-Stokes Intensity Ratio in the Raman Scattering Spectra of Rutile TiO2
J. Phys. Soc. Jpn. 88:094706 2019 （ DOI：10.7566/JPSJ.88.094706）
Ultrafast electronic relaxation dynamics in a valence fluctuation material Sm0.83Y0.17S
Journal of Physics: Conference Series 1220:012005 2019 （ DOI：10.1088/1742-6596/1220/1/012005）
Optical and photoelectrical studies on anisotropic metal-insulator transition of RuAs
Phys. Rev. B 100:125151 2019 （ DOI：10.1103/PhysRevB.100.125151）
Photoinduced valence dynamics in EuNi2(Si0.21Ge0.79)2 studied via time-resolved x-ray absorption spectroscopy
Phys. Rev. B 100:115123 2019 （ DOI：10.1103/PhysRevB.100.115123）
Effects of finite-range interactions on the one-electron spectral properties of one-dimensional metals: Application to Bi/InSb(001)
Phys. Rev. B 100:035105 2019 （ DOI：10.1103/PhysRevB.100.035105）
Temperature dependence of the electronic structure of A-site ordered perovskite CaCu3Ti4O12: Angle-integrated and -resolved photoemission studies
Solid State Commun. 298:113648 2019 （ DOI：10.1016/j.ssc.2019.113648）
Optical evidence of the type-II Weyl semimetals MoTe2 and WTe2
Phys. Rev. B 99:195203 2019 （ DOI：10.1103/PhysRevB.99.195203）
Understanding the role of organic cations on the electronic structure of lead iodide perovskite from their UV photoemission spectra and their electronic structures calculated by DFT method
Mater. Res. Express 6:084009 2019 （ DOI：10.1088/2053-1591/ab1d3f）
Relaxation dynamics of [Re(CO)2(bpy){P(OEt)3}2](PF6) in TEOA solvent measured by time-resolved attenuated total reflection terahertz spectroscopy
Sci Rep 9(1):11772 2019 （PMID：31409913 DOI：10.1038/s41598-019-48191-4）
Non-trivial surface states of samarium hexaboride at the (111) surface
Nat. Commun. 10(1):2298 2019 （PMID：31127112 DOI：10.1038/s41467-019-10353-3）
Temperature-driven modfication of surface electronic structure on bismuth, a topological border material
Ann. N.Y. Acad. Sci. 52:254002 2019 （ DOI：10.1088/1361-6463/ab1515）
Evidence for a preformed Cooper pair model in the pseudogap spectra of a Ca10(Pt4As8)(Fe2As2)5 single crystal with a nodal superconducting gap
Sci Rep 3.14375 2019 （ DOI：10.1038/s41598-019-40528-3）
2018年
Giant thermal effect of vibration modes of single-crystalline alanine
Infrared Phys. Technol. 96:7-9 2018 （ DOI：10.1016/j.infrared.2018.10.039）
Enhanced detection sensitivity of terahertz magnetic nearfield with 2 cryogenically-cooled magnetooptical sampling in terbium-gallium-garnet
Appl. Phys. Lett. 113:111103 2018 （ DOI：10.1063/1.5037521）
Giant Rashba splitting of quasi-1D surface states of Bi/InAs(110)-(2x1)
Phys. Rev. B 98:075431 2018 （ DOI：10.1103/PhysRevB.98.075431）
Temperature dependence of superconducting energy gaps in Ca9.35La0.65(Pt3As8)(Fe2As2)5 single crystal
Sci Rep 6.338888889 2018 （PMID：29872157 DOI：10.1038/s41598-018-24940-9）
Infrared Evaluation of Enantiometric Amount and Application to Racemization at the Interface between L- and D-alanines
Appl. Spectrosc. 72(7):1074-1079 2018 （PMID：29676603 DOI：10.1177/0003702818770575）
Macroscopic Magnetization Control by Symmetry Breaking of Photoinduced Spin Reorientation with Intense Terahertz Magnetic Near Field
Phys. Rev. Lett. 120(10):107202 2018 （PMID：29570344 DOI：10.1103/PhysRevLett.120.107202）
Surface electronic states of Au-induced nanowires on Ge(0 0 1)
J. Phys.-Condes. Matter 30:075001 2018 （ DOI：10.1088/1361-648X/aaa526）
2017年
Near-Field spectroscopic investigation of dual-band heavy fermion metamaterials
Nat. Commun. 1.904166667 2017 （PMID：29273808 DOI：10.1038/s41467-017-02378-3）
Spin-polarized quasi-one-dimensional state with finite band gap on the Bi/InSb(001) surface
Phys. Rev. Mater. 1:064602 2017 （ DOI：10.1103/PhysRevMaterials.1.064602）
Surface electronic structure of SmB6(111)
Physica B 10(1):2298 2017 （ DOI：10.1016/j.physb.2017.09.033）
Surface state of the dual topological insulator Bi_0.91Sb_0.09(11-2)
Physica B 516:100-104 2017 （ DOI：10.1016/j.physb.2017.04.031）
High-speed 100 MHz strain monitor using fiber Bragg grating and optical filter for magnetostriction measurements under ultrahigh magnetic fields
Rev. Sci. Instrum. 88:083906 2017 （PMID：28863652 DOI：10.1063/1.4999452）
Observation of long-lived coherent spin precession in orthoferrite ErFeO3 induced by terahertz magnetic fields
Appl. Phys. Lett. 111:092401 2017 （ DOI：10.1063/1.4985035）
Optical signature of Weyl electronic structures in tantalum pnictides TaPn (Pn = P, As)
Phys. Rev. B 96:075119 2017 （ DOI：10.1103/PhysRevB.96.075119）
Large-gap magnetic topological heterostructure formed by subsurface incorporation of a ferromagnetic layer
Nano Lett. 17(6):3493-3500 2017 （PMID：28545300 DOI：10.1021/acs.nanolett.7b00560）
Temperature dependence of Yb valence in the sub-surface of YbB12(001)
Journal of Physics: Conference Series 807:012003 2017 （ DOI：10.1088/1742-6596/807/1/012003）
Optical properties of optimally doped single-crystal Ca8.5La1.5(Pt3As8)(Fe2As2)5
Phys. Rev. B 95:094510 2017 （ DOI：10.1103/PhysRevB.95.094510）
Possible spin-charge separation of the Tomonaga-Luttinger liquid on Bi/InSb(001)
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2017 （ DOI：10.1016/j.elspec.2017.03.005）
2016年
Topological phase transition of single-crystal Bi based on empirical tight-binding calculations
New J. Phys. 18:123015 2016 （ DOI：10.1088/1367-2630/18/12/123015）
Doping Effect on the Electronic Stucture of an Anisotropic Kondo Semiconductor CeOs2Al10: An Optical Study with Re and Ir Substitution
J. Phys. Soc. Jpn. 85:123705 2016 （ DOI：10.7566/JPSJ.85.123705）
Surface Kondo Effect and Non-Trivial Metallic State of the Kondo Insulator YbB12
Nat. Commun. 7:12690 2016 （PMID：27576449 DOI：10.1038/ncomms12690）
Slater to Mott Crossover in the Metal to Insulator Transition of Nd2Ir2O7
Phys. Rev. Lett. 117:056403 2016 （PMID：27517783 DOI：10.1103/PhysRevLett.117.056403）
Tetragonal and collapsed-tetragonal phases of CaFe2As2: A view from angle-resolved photoemission and dynamical mean-field theory
Phys. Rev. B 93:245139 2016 （ DOI：10.1103/PhysRevB.93.245139）
One-dimensional metallic surface states of Pt-induced atomic nanowires on Ge(001)
J. Phys.-Condes. Matter 28:284001 2016 （PMID：27228337 DOI：10.1088/0953-8984/28/28/284001）
Spin to Charge Conversion at Room Temperature by Spin Pumping into a New Type of Topological Insulator: ﾎｱ-Sn Films
Phys. Rev. Lett. 116:096602 2016 （PMID：26991190 DOI：10.1103/PhysRevLett.116.096602）
Large modification in insulator-metal transition of VO2 films grown on Al2O3 (001) by high energy ion irradiation in biased reactive sputtering
J. Appl. Phys. 119:055308 2016 （ DOI：10.1063/1.4941348）
Ordering phenomena of high-spin/low-spin states in stepwise spin-crossover materials described by the ANNNI model
Phys. Rev. B 93014419 2016 （ DOI：10.1103/PhysRevB.93.014419）
Orbital-dependent electron correlation of LiFeAs revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy
Phys. Rev. B 93:024503 2016 （ DOI：10.1103/PhysRevB.93.024503）
求める人物像（学生の方へ）
当研究室の研究内容に興味があり、研究をしたいという強い意欲のある方。細かな手作業やモノづくりが好きな方も歓迎します。出身大学や出身学部は一切問いません。
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〒565-0871 大阪府吹田市山田丘1-3
大阪大学大学院生命機能研究科 ナノバイオロジー棟2階 光物性研究室
TEL: 06-6879-4600
E-mail: kimura[at]fbs.osaka-u.ac.jp（木村 真一 教授）
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