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土屋　聡 (ツチヤ　サトシ)

工学研究院　応用物理学部門　量子物性工学分野准教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士（工学）, 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 圧力
  • ポンププローブ分光
  • 有機分子結晶
  • 強相関物質
  • 超伝導
  • レーザー分光
研究分野
  • 自然科学一般, 磁性、超伝導、強相関系
  • ナノテク・材料, 応用物性
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2025年04月 - 現在
    北海道大学大学院 工学研究院, 応用物理学部門, 准教授
  • 2013年08月 - 2025年03月
    北海道大学 大学院工学研究院, 応用物理学部門, 助教
  • 2017年09月 - 2018年06月
    ヨゼフステファン研究所（スロベニア）, Department for Complex Matter, 客員研究員
  • 2013年04月 - 2013年07月
    東京大学物性研究所, The Institute for Solid State Physics, 特任研究員
  • 2010年04月 - 2013年03月
    独立行政法人物質・材料研究機構, ポスドク研究員
学歴
  • 2010年03月, 北海道大学大学院 工学研究科 博士課程後期課程
委員歴
  • 2025年04月 - 現在
    日本物理学会北海道支部, 支部長
  • 2022年04月 - 2024年03月
    日本物理学会北海道支部, 庶務
  • 2020年04月 - 2021年03月
    日本物理学会, 領域７ 運営委員, 学協会

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 講演・口頭発表等
  • Ultrafast pump-probe spectroscopic study of low-temperature phases in organic Dirac electron systems
    Satoshi Tsuchiya
    SUPERSTRIPES 2023, 2023年06月26日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    2023年06月26日 - 2023年07月01日, ［招待講演］
  • A multi pulse optical study on anomalous nonequilibrium polarization dynamics above Tc in organic superconductors
    土屋聡
    Superstripes 2019, 2019年06月, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Development of optical pump probe spectroscopy under uniaxial pressure: Application to strongly correlated superconductors
    土屋聡
    SMEC 2019, 2019年03月, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Characterization of electronic states in k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]I by polarized pump probe spectroscopy
    土屋聡
    NPQS 2017, 2017年12月, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Photo-induced carrier dynamics in the organic superconductor k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]I
    土屋聡
    PIPT 2017, 2017年06月, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
  • Femtosecond relaxation dynamics in strongly correlated organic superconductors k-(BEDT-TTF)2X (X = Cu[N(CN)2]Br, Cu(NCS)2)
    土屋聡
    The EMN Meeting on Ultrafast 2016, 2016年10月, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Quasiparticle dynamics in the organic superconductors investigated with polarized femtosecond spectroscopy
    土屋聡
    Superstripes 2016, 2016年06月, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Photo-induced phase separation in metallic phase of the organic compound k-(ET)2Cu(NCS)2
    土屋聡
    ISCOM 2015, 2015年09月, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
■ 主な担当授業
  • 応用物理学実験Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 応用物理学実験Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部
■ 所属学協会
  • 日本高圧力学会
  • 日本物理学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 特異点光波による光誘起ナノスケール超伝導の創製
    科学研究費助成事業
    2022年04月01日 - 2025年03月31日
    戸田 泰則; 小田 研; 土屋 聡
    本研究では特異点光波（光渦パルス）を物質の電子状態に対して空間的に高速制御する手段として活用し、超伝導体試料に対して光誘起のナノスケール超伝導を創出する。現在までに１）光誘起相転移を観測する分光手法（コヒーレントクエンチ分光）への特異点光波の適用、２）特異点周りの強度暗点に形成される局在超伝導の応答検出、および３）局在超伝導を用いた超伝導試料に対する空間イメージングを実現した。特異点光波のフルーエンス変化にもとづく超伝導応答の空間分布先鋭化が確認され、超伝導の非熱的相破壊（クエンチ）を反映する飽和特性を利用した超解像化を実証することができた。特に局在化超伝導サイズの適切な見積もりと物性解析に対する有効性を示すため、空間分解イメージングを用いて超伝導応答の時空間変化を系統的に調査した。具体的には強度暗点に形成される超伝導サイズの相破壊パルス強度に対する依存性、クエンチ後の経過時間に対する依存性を観測し、結果から、１）強度暗点に形成される局在超伝導のサイズが約100nmに到達すること、２）局在超伝導の存在時間はクエンチされた領域の超伝導回復時間（＜10ps）で決定されることを明らかにした。バルクの性質をもつ超伝導状態をナノスケールで観測・制御する手法は画期的であり、実際に超伝導応答の時空間分布を示すことで本手法が超伝導物性探索の強力なツールとなりうることを示すことができた。合わせて新機能開拓に対する本手法の有効性を示すため、高温超伝導体に特徴的に現れる擬ギャップと呼ばれる電子状態に対しても同様の光誘起局在化の実証実験に取り組んだ。プロセスフリーで電子状態の時空間制御を可能とする本手法の特徴を生かし、超伝導体特有の電子状態に対して非熱的空間変調にもとづく機能応用の道筋を開拓できた。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K23246
  • ３パルス型フェムト秒時間分解分光による電荷ガラス転移における動的不均一性の探索
    科学研究費助成事業
    2022年04月01日 - 2025年03月31日
    土屋 聡; 戸田 泰則; 谷口 弘三
    本研究の最終目標である「ガラス転移の解明」に向けて、近年基礎、応用の両面から注目を集めている有機分子結晶の電荷ガラス状態を研究対象とし、フェムト秒光パルスを用いた電子の緩和ダイナミクス測定を実施し、ガラス転移に対する新たな知見を得ることを目的とする。
    ２年目は初年度に得たガラス状態を特徴付ける緩和ダイナミクスの普遍性を調査した。まず初年度に測定したtheta-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4、theta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4、ZnをCoに置換したtheta-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4、theta-(BEDT-TTF)2CsCo(SCN)4に注目した。これらCo塩の基礎物性はRb塩と非常によく似ていることがわかっており、Rb塩と同様の電荷秩序、電荷ガラスを特徴付ける光誘起キャリアダイナミクスが観測されることが期待される。Co塩において２パルス型ポンププローブ分光測定を実施したところ、Rb塩とどうようの傾向のダイナミクスが観測され、普遍性があることが確認できた。
    また電荷秩序を特徴付けるダイナミクスが他の物質でも観測されるか探るため、alpha-(BEDT-TTF)2I3、alpha-(BETS)2I3においても測定を行った。これまでの研究からalpha-(BEDT-TTF)2I3では低温で電荷秩序に相転移し、alpha-(BETS)2I3は電荷秩序ではない絶縁体に転移することがわかっているため、これら２物質での結果を比較することで、電荷秩序を特徴付けるダイナミクスの普遍性についての知見が得られると考えた。測定の結果、電荷秩序を示すalpha-(BEDT-TTF)2I3ではtheta塩の電荷秩序と同様のダイナミクスが観測され、alpha-(BETS)2I3では、電荷秩序とは異なるダイナミクスが観測された。このことから電荷秩序ダイナミクスの普遍性を確認することができた。この成果の一部は論文として出版した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K22433
  • ３パルス型フェムト秒時間分解分光による電荷ガラス転移における動的不均一性の探索
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2022年04月01日 - 2025年03月31日
    土屋 聡; 戸田 泰則; 谷口 弘三
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 22H01162
  • 特異点光波による光誘起ナノスケール超伝導の創製
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2022年04月01日 - 2025年03月31日
    戸田 泰則; 小田 研; 土屋 聡
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 22H01978
  • 有機伝導体を用いた光により高効率に室温動作する超高速電気伝導変換材料の開発
    池谷科学技術振興財団単年度研究助成
    2022年04月 - 2023年03月
    池谷科学技術振興財団, 研究代表者
  • 光渦パルスで実現する時空間超伝導相制御
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2019年04月01日 - 2022年03月31日
    戸田 泰則; 小田 研; 土屋 聡
    本研究では光渦の空間特異性を超伝導に対する光誘起相制御として活用し、従来技術では実現困難な時空間で変調された準安定電子状態を創出するとともに、相制御のもたらす新規物性および新機能を開拓することを目的として研究を進めている。昨年度は研究計画の基盤となる空間特異性に起因する超伝導過渡応答変化をビスマス系高温超伝導体（Bi2212）試料に対して捉えることに成功し、超伝導相制御に対する光渦パルス適用の道筋を示すことができた。以下に研究成果をまとめる。
    銅酸化物高温超伝導体Bi2212の超伝導相転移温度（Tc）以上には不完全なギャップ（擬ギャップ）が存在し、特徴的な空間特性が発現する。擬ギャップ構造は反強磁性相互作用の強い低キャリア濃度領域で空間不均一化を伴って発達するが、Bi置換による超伝導面外の秩序攪乱（ディスオーダー）を用いることにより制御可能であることが知られる。特に超伝導ギャップが最大となるオプティマルドープ試料では、Bi置換と過剰酸素制御との併用により、擬ギャップに対する空間不均一化の影響を選択的に調査できる。光渦パルスの空間特異性を相抑圧として活用するため、昨年度はBi置換量の異なるオプティマルドープ試料を準備し、時間分解ポンププローブ分光による過渡応答を系統的に調査した。実験結果からBi置換量に応じた擬ギャップおよび超伝導の超短パルス光誘起過渡応答緩和の温度特性および飽和強度特性の本質的な変化が観測され、空間不均一性にもとづく超伝導と擬ギャップとの相関制御の可能性を示すことができた。すなわち空間特異性にもとづく光誘起相制御への展開が示され、本研究の目指す超伝導相制御に対する光渦パルス適用の道筋を提示できた。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H02621
  • フェムト秒光パルス励起による電荷ガラス形成ダイナミクスの観測と波数空間構造の探索
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2019年04月01日 - 2022年03月31日
    土屋 聡
    本研究の最終目標は、現代物理学最大の未解決問題である「ガラス転移の解明」である。そのために近年基礎、応用の両面から注目を集めている有機分子結晶の電荷ガラス状態を研究対象とする。本研究では電子系のみを瞬時に励起可能なフェムト秒光パルスを用いたポンププローブ分光を実施し、光パルスで励起された電子の緩和ダイナミクスが示す偏光特性と温度特性から、電荷ガラス状態の波数(k)空間における電子系の対称性変化及びエネルギーギャップ形成を明らかにする。さらに「電荷秩序」と「電荷ガラス」の違いを明確化することで、ガラス転移の本質に迫る。
    初年度は電荷秩序状態および電荷ガラス状態におけるダイナミクスの特徴付けを行うため、q-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4（以降q-Rb）とq-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4（以降q-Cs）において、試料を徐冷することで得られる電荷秩序状態（転移温度～200K）および電荷ガラス状態（転移温度～100K）において偏光分解ポンププローブ分光測定を行った。特に室温から50K程度の温度範囲で、光誘起された電子の緩和ダイナミクスの偏光依存性と温度依存性を中心に測定した。その結果q-Rbの電荷秩序状態は、室温からダイナミクスに偏光依存性が観測され、それが転移温度で増加し、またの緩和時間も発散的に増加することがわかった。この振る舞いは、転移温度以下で長距離の電荷秩序状態が現れ、それに伴いエネルギーギャップが開いたと解釈することができる。他方q-Csの電荷ガラス状態でも同様の偏光依存性が観測されたが、転移温度以下で緩和時間に大きな温度依存性は見られず、逆に偏光依存性成分が転移温度付近から減少することがわかった。この結果は電荷ガラス状態は短距離の電荷秩序状態のドメインが形成されていることを示唆するものである。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 19K03706
  • 有機分子結晶と超短光パルスレーザーを用いた超高速動作・省電力メモリの創成
    2018年度研究助成金
    2018年09月 - 2019年08月
    土屋聡
    日揮・実吉奨学会, 研究代表者, 競争的資金
  • 光の軌道角運動量を用いた巨視的量子相関ダイナミクス探索
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2016年04月01日 - 2019年03月31日
    戸田 泰則; 土屋 聡
    本研究では、高温超伝導体（Bi2212）に対して光渦パルス励起によって発生するキャリアの軌道角運動量（OAM）ダイナミクス観測を実現し、超伝導物性に関して次のことを明らかにした：(a) 超伝導の電子対もしくは準粒子は光渦のOAMを受け取り、そのカイラリティに依存した過渡反射率応答変化が現れる；(b) 超伝導相回復応答で観測されるクーパー対の初期形成時には特徴的な量子ゆらぎ応答が存在する；(c) OAM応答の温度依存性はゆらぎ応答を反映しないことから、光渦パルス励起は巨視的量子相関に起因するコヒーレントな空間変化を超伝導に誘起している。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 16H03876
  • ポンプ-プローブ時間分解分光による有機超伝導体での擬ギャップ研究
    科学研究費助成事業 若手研究(B)
    2015年04月01日 - 2018年03月31日
    土屋 聡
    本研究では高温超伝導メカニズムの解明の鍵を握る擬ギャップの起源、超伝導との関連性を電子相関の観点からを調査するため、近赤外レーザーパルスを用いたポンププローブ時間分解分光を電子相関の異なる有機超伝導体に対して行った。その結果、超伝導転移温度よりはるかに高い温度から擬ギャップ形成に関する応答が現れ、その温度依存性が電子相関により異なっていることを明らかにした。また超伝導転移温度以下では超伝導と擬ギャップ応答は分離することができ、共存関係にあることが示唆される。また急冷実験により、擬ギャップ形成有機分子の秩序化が重要な役割を果たしていることもわかった。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 15K17685
  • フェムト秒偏光分光による有機超伝導体における準粒子ダイナミクス
    研究者海外派遣援助
    2016年06月 - 2017年06月
    土屋聡
    公益財団法人 村田学術振興財団, 研究代表者, 競争的資金
  • 有機分子性導体を用いたリード線フリーガス圧センサーの基礎研究
    北海道ガス大学研究支援制度申請書
    2015年04月 - 2016年03月
    土屋聡
    北海道ガス株式会社, 研究代表者, 競争的資金
  • 高温超伝導体における擬ギャップ現象解明を目指した圧力下ポンプ-プローブ分光法の開発
    豊田理研スカラー
    2014年04月 - 2015年03月
    土屋聡
    豊田理研, 研究代表者, 競争的資金
  • 強相関電子系における超伝導ゆらぎの異方的磁場効果
    科学研究費助成事業 若手研究(B)
    2012年04月01日 - 2014年03月31日
    土屋 聡
    本研究では、高温超伝導現象解明の鍵を握る、超伝導位相ゆらぎを調べるため、超伝導転移温度（Tc）及び電子相関の違う4種類の超伝導体（有機化合物、銅酸化物）に対して電気抵抗と磁気トルク測定を行った。その結果、すべての物質で超伝導位相ゆらぎが観測された。また詳しい解析、比較から、位相ゆらぎはTcの1.1～2倍程度高温から現れはじめ、電子構造の2次元性が強い程、強められる傾向があること、電子相関の強さに依らないことが明らかになった。これは超伝導ゆらぎの起源として電子構造の2次元性が関連していることを示唆するものである。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 24740246
■ 学術・社会貢献活動／その他
社会貢献活動
  • 半導体産業に関わる出前講座（鵡川高校）
    2025年12月11日
    講師
    北海道庁
  • 半導体産業に関わる出前講座（苫小牧工業高校）
    2025年12月02日
    講師
    北海道庁
  • UHB大学 一般教養講座
    2025年08月19日
    講師
    UHB大学 一般教養講座
  • 半導体産業に関わる出前講座（北広島高校）
    2025年01月21日 - 2025年01月21日
    講師
    北海道庁
  • 半導体産業に関わる出前講座（羽幌高校）
    2024年11月12日 - 2024年11月12日
    講師
    北海道庁
メディア報道
  • 半導体産業に関わる出前講座
    2025年12月15日
    苫小牧民報
    ［新聞・雑誌］
  • 半導体産業に関わる出前講座
    2025年01月22日
    本人以外
    北海道新聞
    ［新聞・雑誌］