慶應義塾研究者情報データベース

その他の所属・職名 【 表示 ／ 非表示 】

その他の所属・職名 【 表示 ／ 非表示 】

• 日本女子大学, 非常勤講師

• 東京大学 低温科学研究センター, 村川研究室, 客員共同研究員

経歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2011年10月

  -

  2012年03月

  大阪市立大学, 理学研究科, 特任助教

• 2013年04月

  -

  2016年03月

  東京理科大学, 理学部応用物理学科, 嘱託助教

• 2014年06月

  -

  2018年03月

  理化学研究所, 創発物性科学研究センター 量子情報エレクトロニクス部門　量子凝縮相研究チーム, 客員研究員

• 2019年04月

  -

  継続中

  東京大学, 低温科学研究センター, 客員共同研究員

• 2025年04月

  -

  継続中

  日本女子大学, 理学部　数物情報科学科

学歴 【 表示 ／ 非表示 】

学歴 【 表示 ／ 非表示 】

• 2001年04月

  -

  2005年03月

  大阪市立大学, 理学部, 物理学科

  大学, 卒業, その他

• 2005年04月

  -

  2007年03月

  大阪市立大学, 理学研究科, 数物専攻

  大学院, 修了, 博士前期

学位 【 表示 ／ 非表示 】

学位 【 表示 ／ 非表示 】

• 博士（理学）, 大阪市立大学, 課程, 2011年09月

  振動物体による超流動ヘリウム３-B相の量子渦生成

研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

• 自然科学一般 / 磁性、超伝導、強相関系 （量子流体固体、超流動、量子渦量子乱流、NEMS/MEMS、ジョセフソン接合、SQUID）

研究キーワード 【 表示 ／ 非表示 】

研究キーワード 【 表示 ／ 非表示 】

• 超流動、超伝導

論文 【 表示 ／ 非表示 】

論文 【 表示 ／ 非表示 】

• 4D-XY Superfluid Transition and Dissipation in 4He Confined in Nanoporous Media

  Tani T., Nago Y., Murakawa S., Shirahama K.

  Journal of the Physical Society of Japan （日本物理学会）  91   014603-1 - 014603-20 2022年01月

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  00319015

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  4He confined in nanoporous Gelsil glass is a unique, strongly correlated Bose system exhibiting quantum phase transition (QPT) by controlling pressure. Previous studies revealed that the QPT occurs with four-dimensional (4D) XY criticality, which appears in the zero-temperature limit of the superfluid density. However, the P-T phase diagram also suggested that the 4D XY nature appears at finite temperatures. Here, we have determined the critical exponent of the superfluid density ρsof 4He in two Gelsil samples that have pore diameter to be about 3 nm, using a newly developed mechanical resonator technique. The critical exponent ζ in the powerlaw fitting ρsα |1 - T=Tc|ζ, where Tcis the superfluid transition temperature, was found to be 1.0 ± 0.1 for all pressures realized in this experiment, 0.1 > P > 2.4 MPa. This value of ζ gives decisive evidence that the finite-temperature superfluid transition belongs to the 4D XY universality class. The emergence of the 4D XY criticality is explained by the existence of many nanoscale superfluid droplets, the so-called localized Bose-Einstein condensates (LBECs), above Tc. Due to the large energy cost for 4He atoms to move between the LBECs, the phase of the LBEC order parameters fluctuates not only in spatial (3D) but imaginary time (+1D) dimensions, resulting in the 4D XY criticality by a temperature near Tc. Since the finite size of the system in the imaginary time dimension Ltis larger than the pore size, the 4D XY critical phenomenon is observed. In the very vicinity of Tcat which the correlation length exceeds Lt, there may be a crossover from 4D to 3D XY criticality. Below Tc, macroscopic superfluidity grows in the nanopores of Gelsil by the alignment of the phases of the LBEC order parameters. An excess dissipation peak observed below Tc is well explained by this phase-matching process.

  • Access to Document (DOI)

• Evidence for 4D XY quantum criticality in 4He confined in nanoporous media at finite temperatures

  Tani T., Nago Y., Murakawa S., Shirahama K.

  Journal of the Physical Society of Japan （日本物理学会）  90 （ 3 ） 033601-1 - 033601-5 2021年02月

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  00319015

  　概要を見る

  4He confined in nanoporous media is a model Bose system that exhibits quantum phase transition (QPT) by varying pressure. We have precisely determined the critical exponent of the superfluid density of liquid 4He in porous Gelsil glasses with pore size of 3.0 nm using the Helmholtz resonator technique. The critical exponent ζ of the superfluid density was found to be 1.0 ± 0.1 for the pressure range 0.1 < P < 2.4 MPa. This value provides decisive evidence that the finite-temperature superfluid transition belongs to the four-dimensional (4D) XY universality class, in contrast to the classical 3D XY one in bulk liquid 4He, in which ζ = 0.67. The quantum critical behavior at a finite temperature is understood by strong phase fluctuations in local Bose-Einstein condensates above the superfluid transition temperature. 4He in nanoporous media is a unique example in which quantum criticality emerges not only at 0K but at finite temperatures.

  • Access to Document (DOI)
  • CiNii Research

• Multiple Diffusion-Freezing Mechanisms in Molecular-Hydrogen Films

  T. Makiuchi, K. Yamashita, M. Tagai, Y. Nago, and K. Shirahama

  Physical Review Letters 123   245301-1 - 245301-5 2019年12月

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

  　概要を見る

  Molecular hydrogen is a fascinating candidate for novel bosonic and fermionic superfluids. We have
  studied diffusion dynamics of thin films of H2, HD, and D2 adsorbed on a glass substrate by measurements
  of elasticity. The elasticity shows multiple anomalies well below the bulk triple point temperature. They are
  attributed to three different diffusion mechanisms of admolecules and their “freezing” into a localized state:
  classical thermal diffusion of vacancies, quantum tunneling of vacancies, and diffusion of molecules in
  the uppermost surface. The surface diffusion is active down to 1 K, below which the molecules become
  localized. This suggests that the surface layer of hydrogen films is on the verge of quantum phase transition
  to a superfluid state.

  • Access to Document (DOI)

• Elastic anomaly of thin neon film

  Makiuchi T., Yamashita K., Tagai M., Nago Y., Shirahama K.

  Journal of the Physical Society of Japan （Journal of the Physical Society of Japan）  88 （ 3 ） 34601-1 - 34601-6 2019年02月

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  00319015

  　概要を見る

  © 2019 The Physical Society of Japan. Adsorbed molecular films provide two-dimensional systems that show various emergent phenomena that are not observed in bulk counterparts. We have measured the elasticity of thin neon films adsorbed on porous glass down to 1 K by the torsional oscillator technique. The shear modulus of a neon film anomalously increases at low temperatures with excess dissipation. This behavior indicates a crossover from a soft (fluidlike) state at high temperatures to a stiff (solidlike) state at low temperatures. The temperature dependence of the anomaly is qualitatively similar to that of the elastic anomaly of helium films found in our recent study. The dissipation peak temperature, however, becomes constant at about 5 K, contrary to the case of helium, in which it decreases to 0 K at a critical coverage of a quantum phase transition between a gapped localized phase and a mobile (superfluid) phase. It is concluded that neon films behave as a classical system that does not show a quantum phase transition or superfluidity, although the films may be strongly supercooled to temperatures much lower than the bulk triple point, 24.6 K. Our results suggest that the elastic anomaly is a universal phenomenon of atomic or molecular films adsorbed on disordered substrates.

  • Access to Document (DOI)
  • CiNii Research

• Elastic anomaly of helium films at a quantum phase transition

  Makiuchi T., Tagai M., Nago Y., Takahashi D., Shirahama K.

  Physical Review B （Physical Review B）  98 （ 23 ） 235104-1 - 235104-10 2018年12月

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  24699950

  　概要を見る

  © 2018 American Physical Society. Helium films show various quantum phases that undergo quantum phase transitions by changing coverage n. We found anomalous elastic phenomena in bosonic He4 and fermionic He3 films adsorbed on a glass substrate. The films stiffen under ac strain at low temperature with an excess dissipation. The onset temperature of the stiffening decreases to 0 K as n approaches a critical coverage nc. The elastic anomaly is explained by thermal activation of helium atoms from the localized to extended states with a distributed energy gap. We determine the energy band structure of helium films from elasticity. The ground states of He4 and He3 at n<nc, which are possibly a sort of Mott insulator or Mott glass, are identically gapped and compressible.

  • Access to Document (DOI)

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

• 量子相転移描像に基づく2次元ヘリウムの新奇量子現象開拓

  永合, 祐輔

  科学研究費補助金研究成果報告書 2023年

• 超流動中の素励起検出のためのMEMS/NEMSデバイス開発

  永合, 祐輔

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学）  2022年

• 超流動ヘリウムにおける量子渦環の制御と検出

  永合, 祐輔

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学）  2021年

• 超流動における量子渦環生成装置の開発

  永合, 祐輔

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学）  2020年

• 超流動ヘリウム中の量子渦の微視的ダイナミクスの解明

  永合, 祐輔

  科学研究費補助金研究成果報告書 2020年

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総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

• 信貴賞受賞者からのメッセージ 「信貴賞受賞から現在の低温物性研究に至るまで」

  永合祐輔

  「低温工学・超電導の未来に向けて」関西支部発足50周年記念特集 （公益社団法人 低温工学・超電導学会関西支部）   2023年12月

  その他, 単著, 筆頭著者

• 4次元相転移は実在する– ナノ多孔体中ヘリウムの有限温度量子臨界現象

  白濱圭也、谷智行、永合祐輔

  固体物理 （アグネ技術センター）  57 （ 6 ） 33 - 43 2022年06月

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

• Dielectric anomaly of 4He films adsorbed on alumina nanopowder

  S. Nakajima, Y. Nago and K. Shirahama

  [国際会議]  International Symposium on Quantum Fluids and Solids(QFS2026) （ノートルダム大学） , 

  2026年08月

  , 

  ポスター発表

• Effect of helium adsorption on the dielectric properties of LiNbO3

  So Hirao, Hiroki Tsuchiya, Yusuke Nago, Keiya Shirahama

  [国際会議]  International Symposium on Quantum Fluids and Solids(QFS2026), 

  2026年08月

  , 

  ポスター発表

• Heat-capacity measurement of 4He films adsorbed on hexagonal boron nitride

  Jean-Paul van Woensel, Yusuke Nago and Keiya Shirahama

  [国際会議]  International Symposium on Quantum Fluids and Solids(QFS2026), 

  2026年08月

  , 

  ポスター発表

• Multiple Phase Slip Phenomenon in 4He Superflow through a Newly Developed Microslit Structure

  Tomoyuki Tani, Ryoma Wada, Kohei Kaiya, Yusuke Nago, Satoshi Murakawa, and Keiya Shirahama

  [国際会議]  30th International Conference on Low Temperature Physics(LT30) （Bilbao Exhibition Centre） , 

  2025年08月

  , 

  ポスター発表

• Freezing of surface TLS-induced electric dipoles by helium adsorption

  Kohei Okamura, Ryuku Iwama, Yusuke Nago, and Keiya Shirahama

  [国際会議]  30th International Conference on Low Temperature Physics(LT30) （Bilbao Exhibition Centre） , 

  2025年08月

  , 

  ポスター発表

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

• 超流動流が誘起する揚力と量子化循環生成の検証

  2026年04月

  -

  2029年03月

  補助金,  研究代表者

• 液体ヘリウムにおける超高速超流動の実現と速度誘起超固体転移の探索

  2024年04月

  -

  2027年03月

  補助金,  研究分担者

• 液体ヘリウム3における近藤効果の探索

  2023年04月

  -

  2025年03月

  補助金,  研究分担者

• 量子乱流中の渦糸に励起される非線形波動現象

  2022年04月

  -

  2026年03月

  文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 永合 祐輔, 基盤研究(C), 補助金,  研究代表者

• 量子相転移描像に基づく2次元ヘリウムの新奇量子現象開拓

  2020年04月

  -

  2023年03月

  慶應義塾大学, 白濱 圭也、永合 祐輔, 基盤研究(A), 未設定

  　研究概要を見る

  ヘリウム薄膜は「2次元強相関量子多体系」として、トポロジカル超流動、量子液晶、非平衡などの新現象を示しうる。申請者は2次元ヘリウムの性質が「励起にエネルギーギャップをもつ局在固体」と「超流動」間の「量子相転移」という見方―量子相転移描像―で統一的に理解できることを提案している。
  本研究ではこの量子相転移描像に基づき、2次元ヘリウムに期待される新奇量子現象を開拓する。具体的には、(1)フォノン照射による非平衡超流動状態の実現、(2)純2次元トポロジカル超流動ヘリウム3の探索、(3)ヘリウム4薄膜における固体と超流動の共存の検証、という3つの新奇量子凝縮相・量子現象の解明に取り組む。

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

受賞 【 表示 ／ 非表示 】

• 領域6若手奨励賞受賞

  永合 祐輔, 2018年03月, 日本物理学会, 超流動ヘリウムにおける量子渦・量子乱流発生機構の実験的解明

  受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

• 第10回低温工学・超伝導若手合同講演会信貴賞

  永合祐輔, 2011年12月, 低温工学協会, 超微細超伝導線振動子による超流動ヘリウム中の量子渦検出

  受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

その他 【 表示 ／ 非表示 】

その他 【 表示 ／ 非表示 】

• 振動物体を用いた超流動ヘリウム中量子渦・量子乱流生成

  2017年12月

  　内容を見る

  大阪市立大学　2017年度 物理教室年末研究発表会　招待講演

• Transition to Turbulence Generated by a Vibrating Wire in 3He – B phase

  2008年04月

  　内容を見る

  ヘルシンキ工科大学(現アールト大学)低温物性グループセミナー　口頭発表

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

• 物理学実験第２

  2026年度

• 理工学基礎実験

  2026年度

• 物理学セミナー第２

  2026年度

• 自然科学実験

  2026年度

• 物理学実験第１

  2026年度

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担当経験のある授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

担当経験のある授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

• 物理学セミナー第4

  慶應義塾大学

  2022年04月

  -

  2023年03月

  , 

  秋学期, 学部専門科目, 演習, 専任, 2時間, 9人

• 理工学基礎実験

  慶應義塾大学

  2019年04月

  -

  2025年03月

  , 

  秋学期, 学部専門科目, 実習・実験, 専任, 3時間

• 物理学実験第１

  慶應義塾

  2018年04月

  -

  2025年03月

  , 

  春学期, 実習・実験, 専任, 6時間

• 物理学実験第２

  慶應義塾

  2018年04月

  -

  2025年03月

  , 

  秋学期, 実習・実験, 専任, 6時間

• 自然科学実験

  慶應義塾

  2018年04月

  -

  2025年03月

  , 

  春学期, 実習・実験, 専任, 3時間

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社会活動 【 表示 ／ 非表示 】

社会活動 【 表示 ／ 非表示 】

• 絶対零度の世界～超伝導の不思議～

  慶應義塾大学, 2023年度 塾内高校生のための夏休み研究体験 （慶應義塾大学矢上キャンパス）

  , 

  2023年08月

• 絶対零度の世界～超伝導の不思議～

  慶應義塾大学, 2019年度 塾内高校生のための夏休み研究体験　 （慶應義塾大学矢上キャンパス）

  , 

  2019年08月

• 超低温物理の世界：超流動と超伝導

  慶應義塾大学, 慶應義塾大学オープンキャンパス 一般向け講演 学問のすゝめ （慶應義塾大学矢上キャンパス）

  , 

  2016年08月

所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

• 公益社団法人　応用物理学会, 

  2014年02月

  -

  継続中

• 一般社団法人　日本物理学会, 

  2006年01月

  -

  継続中

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

• 2019年10月

  -

  2020年09月

  日本物理学会領域6運営委員