長谷川修司のレビュー一覧
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Posted by ブクログ
博士課程の先輩がおすすめしてくれた本。
研究者、大学教員を志したいと思った今に読んでよかった本。
印象に残った言葉
「研究」では、研究者自身の個性や価値観が色濃く反映され、大げさに言えば「自己表現」に繋がる。
自己表現をする方法が欲しいと思っていた自分にとって、とても響いた。
それと同時に、どれほどアカデミアに残ることが大変なのかがわかった。アカデミアに残って何をしたいのか？これを考えない軸を持たない限りは、きっと耐えられないのだろう。それでも、読んでて「この地位に行ってみたい、行ってこうしたい」ってことが思い浮かぶからもう少し頑張ってみようと思えた。 -
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Posted by ブクログ
2016年のノーベル物理学賞は、物質のトポロジカル性質解明の先駆けとなる発見をなしとげた3人の研究者に送られた。本書は、人類の物質観を革新するといわれる「トポロジカル物質」の本格的な入門書である。
「はじめに」に、「逃げることなく、（略）真正面から解説し」とあるように、本書は物理の理論的な内容をできる限り誤魔化しなく説明することを目指して書かれている。そのためには当然、かなりの量の前提知識について説明することが必要である。実際、第Ⅰ部と第Ⅱ部はすべてそれに費やされている。これらの部では人類の物質観が時代と共にどのように変遷してきたかが述べられており、個人的にはここだけで本書を読んだ価値があると思った。トポロジカル物質の解説に入る前の準備段階な訳だが、ただ知識の羅列に留まることなく、ノーベル物理学賞を補助線として解説される、新たな物理現象が発見されるとそれを説明する理論が提案され、それを元にしてまた新たな現象が発見され・・・という連綿と続く物理学者の格闘の歴史は、読んでいてとてもワクワクさせられた。ただ、僕は大学で物理を勉強していてある程度の予備知識があったが、いかんせん一番のお楽しみの本題に入るまで随分長いので、（他の方も書いておられるように）まったく量子力学を知らなかったりすると読むのを少し苦痛に感じる人もいるかも知れない。スピン軌道相互作用を電磁場のローレンツ変換との関連から説明するのは勉強になった（僕は聞いたことのない説明だったが、調べたらWikipediaには書いてあった）。
第Ⅲ部はいよいよトポロジカル物質の解説である。キーワードは「対称性」、「スピン軌道相互作用」、「バンド反転」、「波動関数のパリティ」、「スピン・運動量ロッキング」、「幾何学的位相」といったところだろうか。詳しい内容については（興味のある方は）本書を読んでもらうとして、トポロジカル物質は、電子のエネルギーバンドが「ねじれ」ていることに起因して、通常の物質には見られない特異な性質を示す。また、それら新しい性質を活かして新しいデバイスが生み出せないかということで、量子コンピュータを含め様々な応用の可能性も紹介されている。
かなり読み応えのある本格派な本だが、図も要所要所に挿入されており、また扱われている内容の高度さの割には説明がとても分かりやすい。基礎から一歩ずつ、物質科学の最先端に誘ってくれる一冊と思う。
１ヶ所だけ、他の方も指摘しておられるが、p.199の図6.5(d)の格子右上手前の頂点に位置するのはBa^2+の誤植だと思う（O^2-だと組成が合わない）。
序章 バーチャル空間で物質を観る
第Ⅰ部 ノーベル賞に見る物質科学 トポロジカル物質への前奏曲
第1章 原子から量子物理学へ
第2章 原子から物質へ
第3章 物質は量子効果の舞台
第Ⅱ部 バーチャル空間で物質を観る 量子物理学での表現法
第4章 運動量空間とは
第5章 バンド構造 物性科学の基礎
第Ⅲ部 トポロジカル物質とは何か
第6章 仮想磁場 電場が磁場に見える
第7章 トポロジカル絶縁体とは
第8章 電子波の位相
第9章 トポロジカル物質ファミリーと応用 -
Posted by ブクログ
年の瀬も押し迫るこの時期に今年最高レベルの刺激に出会えた。あまりに面白くて一気読み。歯応えたっぷりの最新学術知識をわかりやすく解説する、まさにブルーバックスの面目躍如と言える一冊だ。「表面物理学」なるサブジャンルが存在するとはついぞ知らなかったが、本書を読むことで量子コンピュータや超伝導といった今日的・近未来的なテーマはもとより、半導体や太陽光発電などのすでに実用化された技術の原理も理解でき、通読すれば全てが一つの線で繋がったような快感を得られると思う。
本書がやや読み手を選ぶ本であるのは確かだ。まず、題名となっている「トポロジカル物質」なるものに具体的に言及が始まるのは終盤、ようやく第7章になってからである。その特殊性を理解するためにはまず「物質一般の性質は電子の振る舞いによって量子力学的に記述される」という一般原則を理解する必要があるのだが、当然この分野の量子物理学的パラダイムの説明にはそれなりの記述量を要する。畢竟、本題への到達がどうしても遅くなってしまい読者は忍耐を求められることとなる。ただ、量子物理学については啓蒙書はあまたあり、それらに触れた経験のある読者ならば痛痒なく読み進められるかもしれない。しかしようやく本題が始まったかと思えば、そこからは具体的な物理的現象の観察結果を記述する「実空間」と並行して、個々の電子の運動量に着目したバーチャル空間である「運動量空間」における考察が進められていくことになる。この運動量空間は物理現象の直観とはいささかかけ離れた抽象的な概念であるため、僕のような文系門外漢が理解するのはやや骨が折れるのだが、この実空間と運動量空間をいかに頭の中で行き来できるかが本書を面白いと思えるか否かの分水嶺になるのではないかと思う。
一般的な絶縁体では、安定的な低エネルギー状態を表す「価電子バンド」と、電流を生じうる高エネルギー状態の「伝導バンド」の間にギャップがあり、ここに電子の最高エネルギーレベルを示す「フェルミ準位」が存するため、バンドギャップ以上のエネルギーが外部からもたらされないかぎり電流を生じない。しかし、電子の活動スピードの速い（角運動量の大きい）ある種の物質では仮想磁場が強く働くこととなるため、「スピン軌道相互作用（磁場に対する電子スピン自身の反応により、スピン縮退が解ける現象。通常はスピンの向きでエネルギーに差は生じないが、磁場存在下ではスピンの向きによりエネルギー準位が分裂する）」が強く生じる結果、価電子バンドと伝達バンドの上下関係が「捻られる」ことがある。つまり、このバンド反転が起きやすい物質こそが「トポロジカル物質（トポロジカル絶縁体）」であるということになる。
ではこの物質の何が特徴的かといえば、通常の物質ではその性質がバンドの「形状」の変化により決定づけられるのに対し、トポロジカル絶縁体では形状ではなくバンドそのものが変質してしまっているため、そもそも量子物理的な性格が異質なものになってしまっている、ということらしい。すると、トポロジカル絶縁体（バンド反転）と通常の物質（バンドギャップ存在）の接触面においては、バンドギャップがゼロとなり（バンド交差）、フェルミ準位をその交差範囲内に含むため、低エネルギーから高エネルギーへの移行（励起、電流発生）が容易な金属一般と同様の状態（トポロジカル表面状態）が生ずる。これは他の外部条件によらず物質そのものの内部の状態のみから生じる性質であり、電子の振る舞いにより規定される一般的物質とは異なる、トポロジカル物質特有の非常に「頑強な」性質だということになる。
そのトポロジカル絶縁体では実際に磁場があるわけではないが、電子の原子に対する相対的運動の結果、電子が主観的に感じる「仮想磁場」が生じている。電子のスピンはこの仮想磁場の影響を受け、常に電子運動量ベクトルに対し左方に直角の向きを持つことになる（スピン・運動量ロッキング）。トポロジカル表面状態では、電子の運動量はそれぞれバラバラで相殺されるため合計ではゼロとなるが、電流が流れると一定方向の運動量が優勢となり、これに対応して一定方向のスピンも増加するため「スピン偏極電流」が流れることになる。このスピン偏極電流はスピン方向がロックされているがゆえに、通常の物質内ならば生ずる不純物との衝突による「180度後方散乱」が起こり得ない。これに仮想磁場の時間反転対称性を勘案すると、トポロジカル表面状態ではあるスピン偏極電流に対し必ず180度逆方向の同じエネルギーの電流が同時に流れることになり、総計では電流は相殺されてゼロになるが、その一方で逆方向のスピンが逆方向に流れていることになる。これは電子の移動を伴わないスピン情報のみの「純スピン流」であり、ジュール熱発生のようなエネルギーロスを伴わないため、新たな省エネの手段として用いられないか研究が進められているという。また、以上のプロセスを逆にして走査トンネル顕微鏡で一定のスピン方向を持った電子をトポロジカル絶縁体の表面に注入すると、電場なしで電流を生じさせることができるということになる。これは従来の太陽光発電よりもロスの少ない発電装置に利用できる可能性があるということだ。
本書をなんとか理解し読み進めるには、通常の物質の性質を説明する第Ⅱ部以前の解説に何度も戻らなければならず、確かに苦労はする。しかしそれは逆にいえば、本書がきちんと理解の前提となる知識を準備してくれているということでもあり、非常に親切に構成された本だと言えるとも思う。図表も多く、抽象的な概念を直観的に理解する助けになる。カバーする範囲が広い割にコンパクトにまとまった内容となっており、物理一般に興味のある方にぜひお勧めしたい。 -
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Posted by ブクログ
東大大学院の理物に研究室を構える、長谷川先生による著書。
研究者としての心構えや、研究をどのように進めていくか、どのようにキャリアアップしていくかといった事柄が丁寧に説明されており、まさに「研究者として生きていくための教科書」と言える。
長谷川先生自身の経験談や、周囲の研究者のキャリアなどを参考にして書かれた内容であるため、必ずしもすべての研究者に一般的にあてはまる話ばかりではないかもしれない。時代も違うし、研究者を取り巻く環境も変化している。それでも、駆け出しの研究者（？）である自分にとっては、現在の研究を進めていくうえでも、将来のキャリアパスを考える上でも、参考になる話ばかりであった。
アカデミアに関しては暗い話ばかり耳にするので、このような形で「研究者という職業のいいところ・大変なところ」を正直に書いてくれた本書は良心的だと思う。
海外ポスドクで武者修行もありかもなあ… -
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Posted by ブクログ
■学会発表
・学会発表までに原著論文の原稿を書いておくとよい。
論文原稿をほぼ完成させるが、投稿はしない状態で学会発表に臨む。
原稿を書くことが学会発表の事前準備にもなる、自分が見落としていた観点
の質問と議論を原稿に取り入れてブラッシュアップできるというメリットが
ある。
・プレゼンの際は「胸が開く」位置に立つ。聴衆を受け入れているという暗黙
のサインになる。反対に、スクリーンのほうを見る体勢は、聴衆に対して疎
外感や拒絶感を与えてしまう。
※面と向かって顔を見ながら話されると、興味のない内容でも聴衆は思わず
聞き入ってしまう。
★PCの制御機能が付いたレーザーポインターを持っておけば、演台の位置に
左右されず、自分のやりやすい「立ち位置」でプレゼンできる。
・自分にとって初めてのテーマで発表するときはポスター発表を選ぶとよい。
その分野の研究者からのアドバイスを期待できる。
・研究発表を聞くとき、それぞれの発表の良い点と悪い点を評価して、はっき
りメモする。下手なプレゼンこそ勉強になり、自分のプレゼンの改善に役立
つ。基調講演や一般講演で内容的に興味がない場合は、その講演をプレゼン
の研究として利用するのもよい。
■研究活動
・重要で大きな研究テーマに取り組む場合は、「小ネタ」の研究も並行すると
よい。コンスタントにアウトプットが見込まれる小ネタ、従来の研究の延長
線上の研究、共同研究などで「日々の糧」を稼ぐ。この副次的な効果として、
自分の研究の幅が広がって研究者としての「引き出し」を増やすことができ
ること、大きなテーマが失敗した場合の保険になること、「小ネタ」が思い
がけず大きなテーマに成長していく可能性があることが挙げられる。
・中心となるテーマに自分の軸足をしっかりと置いて、研究にある程度「筋」
を通しつつ、もう一方の足を様々な方向に踏み出して研究を拡げていく。
・前倒し型自転車操業：研究費の申請書を書くときは、自分ですでにかなり進
めてある研究内容で申請する。その成果の一部を予備実験の結果として紹介
することで、審査員に対する実現可能性の説得力が増す。
■論文執筆
・執筆順序
「研究結果と考察」から書き始める。得られたデータから論文用の図を作る。
いくつかの図を並べてみて、それぞれの図から何が結論できるのかを書き出
してつなげていく（たとえば、主張点に直結するグラフ→主張を補強するた
めのグラフ→主張点の原因を探って議論を一段深めるためのグラフの順）。
「結果と考察」を書いてしまえば、「研究方法」および「結論」のセクショ
ンは自然に書ける。「イントロダクション」は最後に書く。メイン部分が確
定してから書けば、一般的な背景から本研究までのつながりを我田引水のよ
うに効率よく書くことができる。
・査読対応
査読コメントに反論するときは、低姿勢かつholisticを心掛ける。査読者よ
り一段高い視点から、問題の全容を見渡して見解を述べることによって、コ
メントが的を射ていないことを間接的に示す。
・「英作文はするな。良いジャーナルに載っている論文の言い回しをまねろ」
効率が良いだけではなく、まねしながら学ぶことができる。文の構造はその
ままで、言葉だけを入れ替えればいい。
・英語論文を読む中で、良い例文を集めた英語例文集を作るとよい。その際、
イントロダクションで使う例文、方法の説明で使う例文、結果の説明で使う
例文、考察で使う例文、結論で使う例文といったように、セクションごとに
分けて集めるとよい。いずれ、適切な表現がすらすらと出てくるようになる。 -
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