M1の堀江龍斗君が、東京都市大学で行われた２０２４年第７１回応用物理学会春季学術講演会にて口頭発表を行いました。

メンバーページを２０２４年度の内容に更新しました。今年度はこのメンバーで頑張っていきます。

フォトクロミック結晶に近接場光を作用した際に現れるナノ光異性化経路と、シューベルトカリキュラスの方法を用いて、順序構造を認識したことを報告しました。内山、堀（山梨大学）、中島、鈴井、Chauvet、堀崎、成瀬（東京大学）、西郷（長浜バイオ大学）、内田（龍谷大学）による共同研究です（敬称略）。

フォトクロミック結晶におけるナノ光異性化経路を、独自の試料表裏ダブルプローブ近接場光学顕微鏡を用いて、形成・計測し、さらにその実験データをもとにシューベルト行列を生成する研究を、別の論文で報告していました。シューベルト行列は、順序を表す一般的な行列ですが、ナノ光異性化経路から量子的に計測される光子の情報で生成することで、高度な相関を有する行列の群となります。本論文では、この順序行列群と、解きたい順序問題を、シューベルトカリキュラスの方法で関係付け、順序問題の中の順序構造を認識することに成功したことを報告しました。

なぜ順序構造をうまく認識できるのかについては現在も研究を続けているところですが、ナノ光相関で生成した行列は、他の擬似的相関で生成した行列よりも高い性能を有することが分かっています。今後は、ナノ光相関をフォトクロミック結晶中に形成する際の履歴依存や、問題自体が量子相関を持った系での性能評価など、研究をさらに発展させていきます。

掲載論文：
Order recognition by Schubert polynomials generated by optical near-field statistics via nanometre-scale photochromism
Kazuharu Uchiyama, Sota Nakajima, Hirotsugu Suzui, Nicolas Chauvet, Hayato Saigo, Ryoichi Horisaki, Kingo Uchida, Makoto Naruse & Hirokazu Hori
Scientific Reports volume 12, Article number: 19008 (2022)
論文掲載ページ（ https://www.nature.com/articles/s41598-022-21489-6 ）

応用物理学会の第83回秋季学術講演会が東北大学（仙台市）で開催され、修士課程２年の荒川君が口頭発表を行いました。フォトクロミック結晶中の自発的ナノ光異性化経路形成現象における履歴特性を上下ダブルプローブ走査型プローブで観察し報告したものです。

どんな研究か少し紹介します。

現在の発達した計算機を持ってしても解くことが難しい問題はたくさんあります。中でも、問題の設定自体が時々刻々と変化するような問題を解くことは大変ですが、日常の問題はそのような問題ばかりです。そんな難しい問題を人間を含む生物は巧みに解いているように見えます。その生物の働きを真似して、新しい計算システムを作るという発想があります。

さまざまなアプローチがありますが、人が完全には制御できない物理現象を使うことが鍵になります。人が制御出来ることであれば通常の計算機でも容易に再現できるでしょうから。

私たちは、光で色が変わるフォトクロミズムに注目し、フォトクロミック分子がきれいに整列したフォトクロミック結晶に、ナノサイズの光を加えると、光の通る道の枝分かれ構造を生む、とても複雑な物理現象が起こることを見出しました。作用させるナノサイズの光をイベントだと思えば、枝分かれ構造は記憶と見ることもできます。

光と物質の相互作用が生むこの物理現象は、光の可能性と、物質の可能性を掛け算できるので、とても魅力的です。

荒川君は、世界で類を見ない走査型プローブ顕微鏡を使い、結晶試料を２つのナノ探針で挟み込んで、複雑現象の発生とその場観察を行い、記憶の重ね書きや消去について履歴特性を解明しています。

詳しい内容については関係する下記preprintを御覧ください。

History-dependent nano-photoisomerization by optical near-field in photochromic single crystals
Yuji Arakawa, Kazuharu Uchiyama, Kingo Uchida, Makoto Naruse, Hirokazu Hori

光で物体を空中や液中で捕らえ、固定したり移動したりする技術を光ピンセット、光トラップと呼びます。物体を光トラップすることで、精密に観察したり、物体の性質を精密に計測したりすることができます。

どの物体を光トラップするかしないかを外部からの作用で望むように切り替えたり、光トラップされている物体の内部に変化が生まれたら自動的に光トラップ中から出ていったりしたら、さらなる発展があります。

私たちは、ネール研究所（フランス グルノーブル）、龍谷大学、東京大学と共同で、光トラップされた物体に外部から光で変化を加える実験を行いました。光で色が変わるフォトクロミック結晶を光で水中で光トラップし、外部から別の光を当てて結晶を着色したり、脱色したりします。すると、着色状態では弱くトラップされていた結晶が、脱色によって強くトラップされることを発見しました。

なぜこのような変化が生じるのか、実はまだ明確には分かっていません。光トラップした物体が、フォトクロミック分子が整列した「結晶」であることが関係していると考えています。

この研究は、光トラップされている物体の動きを制御することだけでなく、動きから物体の状態を推測することにもつながります。複数の物体をトラップして、物体の状態にもとづいた計算もできるかもしれません。

（この論文はApplied Physics Lettersに掲載されました。）
“Optical trapping of photochromic microcrystals by a dual fiber tweezers”
Appl. Phys. Lett. 121, 111103 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0101484
K. Uchiyama, J. Fick, S. Huant, K. Uchida, M. Naruse, and H. Hori
https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/5.0101484?journalCode=apl

研究室の学部生２名、若林君、渡辺君が本日卒業式を迎えました。４年間、勉強、研究や課外活動に取り組み、卒業を迎えられたこと、本当に喜ばしいことです。おめでとうございます。

若林君は、３年後期の研究室所属時から、多様な分野の勉強をして輪講での毎回の議論が盛り上がりました。学科や学部の専門にこだわらず興味を持った内容はとことん学ぶ姿勢は、教員や他の学生にとっても刺激になりました。卒業論文では、フォトクロミック結晶の光異性化を電子特性で捉える全く新しい研究を行いました。精力的に実験に取り組み、最初の一歩となる重要な成果を上げるところまで行きました。卒業研究の内容は３月下旬の応用物理学会学術講演会で発表します。今後は他大学の大学院にて、また新たな分野で研究を始めると聞いています。

渡辺君は、やはり多様な分野に興味を持って勉強し、特に４年次の輪講では、数学の中でも抽象度が高い圏論を学び教員や他の学生へ講義を行いました。私たちの研究室のテーマの一つである「フォトクロミック結晶におけるナノサイズの光異性化の解明と応用」でも、圏論は重要な役割を果たしています。卒業研究では、ユニバーサルグリッパーを題材として実験・理論・シミュレーションと多角的に研究を行いました。自分で良く考えて実験計画から解析まで行っていました。今後も新規分野での活動をされると聞いています。

お二人の今後のご活躍に期待しています。まずは健康に楽しく今後の日々を歩まれますことを心よりお祈りします。

（文責：内山）

今日は２０２０年度卒業式でした．

コロナの関係で，大掛かりなイベントは無く，研究グループで学位記を授与して，記念撮影をしました．私達の研究室からは，荒川君，高瀬君，渡邉君の３名が卒業となりました．

おめでとうございます！

卒業研究も大変なことが多かったと思いますが，励まし合って熱心にそして楽しんで取り組んでいるように見えました．発表ぎりぎりまで実験を続けて，今後の発展につながる結果を多く得ました．堀先生が今年度でご退職となる節目の年に，彼らが頑張って研究をしていたことは記憶に強く残ると思います．

荒川君は修士課程に進学します．引き続き前向きに頑張っていきましょう．高瀬君，渡邉君は新しい環境でまた活躍してくれると思います．お互いに健康に気をつけて頑張りましょう．（内山）

今年度の修論発表会が２月１３日・１４日に，卒論発表会が３月１日・２日に行われました．研究グループとしては，修論発表６名（理論２名，実験４名），卒論発表８名（理論３名，実験５名）でした．堀・内山研としては，修論２名，卒論２名で，最近少なめだったので，久しぶりにしっかりと卒論・修論の時期の雰囲気が研究室に溢れました．

堀・内山研の実験研究は，ここ１年ほどフォトクロミック化合物に集中しています．ナノスケールでのフォトクロミック化合物の挙動は，実験すればするほど混迷を見せ，多彩で魅力的です．フォトクロミック化合物に関係する卒論・修論発表は今回が初めてで，先輩のスライド等を参考に出来ないので例年以上に自分で考えることになったと思います．

先端材料理工学科としての修論発表会は今回が初めてであり，また卒論発表会はまだ３回目です．大学の教育は，卒論・修論発表まで含めて初めて一括りだと思っています．このアウトプットが相関しながら，じわりじわりと学科に浸透し，学科の色になり，講義や学生実験などにも影響を与えるはずです．その意味で，最後の最後まで気を抜かず，実験を繰り返し，解析を深め，本当のところ何が明らかになったのか突き詰める学生の活動が，学科を作っていくと言えます．