著書 【 表示 ／ 非表示 】

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• Semiconductor quantum science and technology

  Nicolas Marquez Peraca, Andrey Baydin, Weilu Gao, Motoaki Bamba, Junichiro Kono（ 担当： 共著 ,  範囲: 分担執筆, 範囲:Ultrastrong light–matter coupling in semiconductors）

  Elsevier  2020年11月  （ ISBN:9780128237731 ）  [査読有り]

  DOI CiNii

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  総ページ数：472   担当ページ：89-151   記述言語：英語 著書種別：学術書

• Ultrastrong light–matter coupling in semiconductors

  Nicolas Marquez Peraca and Andrey Baydin and Weilu Gao and Motoaki Bamba and Junichiro Kono（ 担当： 共著）

  Elsevier  2020年11月  （ ISBN:9780128237731 ）

  DOI

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  記述言語：英語 著書種別：学術書

• 物性物理100問集

  問集出版プロジェクト 編, 木村剛, 小林研介, 田島節子（ 担当： 共著 ,  範囲: 担当:共編者(共編著者)）

  大阪大学出版会  2016年12月  （ ISBN:9784872595710 ）

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  総ページ数：158   記述言語：日本語 著書種別：教科書・概説・概論

学位論文 【 表示 ／ 非表示 】

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• Quantum Electrodynamics of Excitons with Radiative Relaxation

  Motoaki Bamba

  Osaka University   2009年3月

  学位論文（博士）   単著    [査読有り]

  DOI

論文 【 表示 ／ 非表示 】

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• Quantum simulation of an extended Dicke model with a magnetic solid

  Nicolas Marquez Peraca, Xinwei Li, Jaime M. Moya, Kenji Hayashida, Dasom Kim, Xiaoxuan Ma, Kelly J. … 全著者表示

  Communications Materials   5 ( 1 )   42   2024年3月  [査読有り]

  DOI Web of Science arXiv

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  担当区分：責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Springer Nature   共著  

  The Dicke model describes the cooperative interaction of an ensemble of two-level atoms with a single-mode photonic field and exhibits a quantum phase transition as a function of light–matter coupling strength. Extending this model by incorporating short-range atom–atom interactions makes the problem intractable but is expected to produce new physical phenomena and phases. Here, we simulate such an extended Dicke model using a crystal of ErFeO3, where the role of atoms (photons) is played by Er3+ spins (Fe3+ magnons). Through terahertz spectroscopy and magnetocaloric effect measurements as a function of temperature and magnetic field, we demonstrated the existence of a novel atomically ordered phase in addition to the superradiant and normal phases that are expected from the standard Dicke model. Further, we elucidated the nature of the phase boundaries in the temperature–magnetic-field phase diagram, identifying both first-order and second-order phase transitions. These results lay the foundation for studying multiatomic quantum optics models using well-characterized many-body solid-state systems.

• Perfect intrinsic squeezing at the superradiant phase transition critical point

  Kenji Hayashida and Takuma Makihara and Nicolas Marquez Peraca and Diego Fallas Padilla and Han Pu … 全著者表示

  Scientific Reports   13 ( 1 )   2023年2月  [査読有り]

  DOI Web of Science PubMed

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  担当区分：最終著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Springer Science and Business Media {LLC}   単著  

  <jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>Some of the most exotic properties of the quantum vacuum are predicted in ultrastrongly coupled photon–atom systems; one such property is quantum squeezing leading to suppressed quantum fluctuations of photons and atoms. This squeezing is unique because (1) it is realized in the ground state of the system and does not require external driving, and (2) the squeezing can be perfect in the sense that quantum fluctuations of certain observables are completely suppressed. Specifically, we investigate the ground state of the Dicke model, which describes atoms collectively coupled to a single photonic mode, and we found that the photon–atom fluctuation vanishes at the onset of the superradiant phase transition in the thermodynamic limit of an infinite number of atoms. Moreover, when a finite number of atoms is considered, the variance of the fluctuation around the critical point asymptotically converges to zero, as the number of atoms is increased. In contrast to the squeezed states of flying photons obtained using standard generation protocols with external driving, the squeezing obtained in the ground state of the ultrastrongly coupled photon–atom systems is resilient against unpredictable noise.</jats:p>

• Magnonic superradiant phase transition

  Bamba Motoaki, Li Xinwei, Peraca Nicolas Marquez, Kono Junichiro

  Communications Physics   5 ( 1 )   2022年1月  [査読有り]

  DOI Web of Science

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  担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   共著  

• Ultrastrong magnon-magnon coupling dominated by antiresonant interactions

  Makihara Takuma, Hayashida Kenji, Noe G. Timothy II, Li Xinwei, Peraca Nicolas Marquez, Ma Xiaoxuan … 全著者表示

  NATURE COMMUNICATIONS   12 ( 1 )   2021年5月  [査読有り]

  DOI Web of Science PubMed arXiv

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  担当区分：責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Springer Science and Business Media {LLC}   共著  

  <jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>Exotic quantum vacuum phenomena are predicted in cavity quantum electrodynamics systems with ultrastrong light-matter interactions. Their ground states are predicted to be vacuum squeezed states with suppressed quantum fluctuations owing to antiresonant terms in the Hamiltonian. However, such predictions have not been realized because antiresonant interactions are typically negligible compared to resonant interactions in light-matter systems. Here we report an unusual, ultrastrongly coupled matter-matter system of magnons that is analytically described by a unique Hamiltonian in which the relative importance of resonant and antiresonant interactions can be easily tuned and the latter can be made vastly dominant. We found a regime where vacuum Bloch-Siegert shifts, the hallmark of antiresonant interactions, greatly exceed analogous frequency shifts from resonant interactions. Further, we theoretically explored the system’s ground state and calculated up to 5.9 dB of quantum fluctuation suppression. These observations demonstrate that magnonic systems provide an ideal platform for exploring exotic quantum vacuum phenomena predicted in ultrastrongly coupled light-matter systems.</jats:p>

  その他リンク： http://dx.doi.org/10.1038/s41467-021-23159-z

• Spacetime-localized response in quantum critical spin systems: Insights from holography

  Motoaki Bamba, Koji Hashimoto, Keiju Murata, Daichi Takeda, and Daisuke Yamamoto

  Physical Review D   109 ( 12 )   126003   2024年6月  [査読有り]

  DOI Web of Science

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  担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   単著  

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総説・解説記事等 【 表示 ／ 非表示 】

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• 熱平衡な光，非平衡な磁性体

  馬場 基彰

  日本物理学会誌   79 ( 2 )   63 - 67   2024年2月  [査読有り]  [依頼有り]

  DOI CiNii Research

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  担当区分：筆頭著者,　最終著者,　責任著者   記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）   出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会   単著  

  <p>光（電磁波）は非平衡，磁性体は熱平衡が主な研究の舞台である．ここでは逆に，横場の電磁場を熱平衡下で相転移させるために，磁性体中のマグノンの非平衡下での振る舞いを測定したという話をする．</p><p>1973年，光場（横場の電磁場）を介した原子間の相互作用によって，原子集団が横場の電磁場と一緒に相転移すると理論的に提唱された．これは超放射相転移やディッケ（Dicke）相転移とよばれる．その実現によって，非常に強い2モード量子スクイージングが熱平衡下で得られる．デコヒーレンスに対して堅牢な量子科学技術の基盤に繋がりうる現象である．しかし，熱平衡下の超放射相転移は，提唱より50年，いまだ観測された例がない．</p><p>超放射相転移は，荷電粒子が電気双極子遷移を通じて電磁場と相互作用する単純な系ではまず起こらないと認識されており，スピンなどの別の自由度の存在が肝心となる．この戦略に基づき，最初の一歩として，我々はスピン波（マグノン）版の超放射相転移を確認した．具体的には，磁性体ErFeO₃中のFe^3＋スピン格子のマグノンを介して，Er^3＋スピン同士が相互作用することで，Fe^3＋マグノンとEr^3＋スピン集団が約4 Kで相転移することを確認した．</p><p>マグノン版の超放射相転移かどうかを検証するためには，熱平衡下の相図だけでは不十分である．我々は，Fe^3＋マグノンを介してEr^3＋スピン同士が確かに相互作用することを確認するために，ErFeO₃の静磁場下でのテラヘルツ分光実験を実施した．吸収スペクトルにFe^3＋マグノンとEr^3＋遷移のピークが得られ，静磁場の大きさの変化により，それらの準位反発（反交差；anticrossing）が観測された．さらに我々はEr^3＋をY^3＋に置換してEr^3＋密度<i>N</i>/<i>V</i>（原子数<i>N</i>，体積<i>V </i>）を変化させることで，その準位反発の大きさがEr^3＋密度の平方根√<i>N</i>/<i>V</i>に比例することを確認した．Fe^3＋とEr^3＋が近接的に相互作用するだけなら，準位反発は<i>N</i>/<i>V</i>に比例するはずである．観測された√<i>N</i>依存性が，Fe^3＋マグノンを介してEr^3＋スピン同士が相互作用することの証拠である．</p><p>√<i>N</i>に比例する準位反発は，真空ラビ（Rabi）分裂とよばれる（<i>V</i>は一定とすることが多い）．初期状態としてEr^3＋スピンのどれか1個だけが励起した状態を考える．それが基底状態に緩和した際，Fe^3＋マグノン（超放射相転移が提唱された本来のモデルでは共振器中の光子）が1個生成される．そのマグノン（光子）はまたEr^3＋スピン（原子）集団のどれか1個を励起する．これが繰り返されることで，マグノン数（光子数）の期待値は時間的に振動し，マグノン（光場）の振動にはうなりが生じる．これが真空ラビ（Rabi）振動とよばれる．また，うなりをフーリエ変換するとスペクトル上に準位反発が得られ，これが真空ラビ分裂とよばれる．初期状態でマグノン（光子）がゼロ個でも起こる振動であることから「真空」と冠せられる．マグノン（光子）1個によってEr^3＋スピン（原子）のどれか1個が励起されればよいことから，真空ラビ振動の周期は√<i>N</i>に反比例し，真空ラビ分裂の大きさは√<i>N</i>に比例する．</p><p>このように，ErFeO₃中のFe^3＋マグノンとEr^3＋遷移の非平衡ダイナミクス（吸収スペクトル）の測定から，Fe^3＋マグノンを介したEr^3＋の協同的な相互作用を確認した．また，準位反発の大きさから相互作用の強さを見積もることで，ErFeO₃が約4 Kで示す相転移が，確かにマグノン版の超放射相転移であると結論づけた．</p><p>現在，より確かな証拠を得るために，Fe^3＋マグノンとEr^3＋スピン集団の熱平衡下での量子スクイージング観測を目指して研究を進めている．デコヒーレンスに対して堅牢な量子科学技術を構築するためにも，まずは観測が必要である．</p>

• 「博士のすゝめ」とその向こう側

  馬場基彰

  化学   78 ( 8 )   11 - 11   2023年8月  [依頼有り]

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  担当区分：筆頭著者,　最終著者,　責任著者   記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）   出版者・発行元：岩波書店   共著  

• 声を発するだけでなく耳を傾けるために―NPO法人つくりました

  馬場　基彰

  日本物理学会誌   78 ( 3 )   152 - 153   2023年3月  [査読有り]  [依頼有り]

  DOI

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  担当区分：筆頭著者,　最終著者,　責任著者   記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）   出版者・発行元：日本物理学会   単著  

  その他リンク： http://hdl.handle.net/2433/279807

• Quantum Simulation of an Extended Dicke Model with a Magnetic Solid

  Nicolas Marquez Peraca, Xinwei Li, Jaime M. Moya, Kenji Hayashida, Xiaoxuan Ma, Kelly J. Neubauer, … 全著者表示

  arXiv   2023年2月

  DOI arXiv

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  担当区分：責任著者   記述言語：英語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）   出版者・発行元：arXiv   共著  

• 日本科学振興協会の設立

  春日匠, 馬場基彰

  科学   92 ( 5 )   398 - 400   2022年5月  [依頼有り]

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  担当区分：最終著者   記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）   出版者・発行元：岩波書店   共著  

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

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• Top Peer Reviewer 2019, Top 1% of reviewers in Physics

  2019年09月   Web of Science  

  受賞者：Motoaki BAMBA

• Publons Peer Review Awards 2018, Top 1% of reviewers in Physics

  2018年09月   Web of Science  

  受賞者：Motoaki BAMBA

• 平成29年度 研究表彰【課題】光科学・光科学技術の向上に役立つ独創的な研究

  2018年02月   光科学技術研究振興財団  

  受賞者：馬場　基彰

• 第11回 日本物理学会若手奨励賞（領域５：光物性）

  2017年03月   日本物理学会   無限に広がる光場と局在する物質の重ね合わせ状態  

  受賞者：馬場　基彰

• 第11回 日本物理学会若手奨励賞（領域１：原子分子・量子エレクトロニクス・放射線）

  2017年03月   日本物理学会   光と物質の超強結合が露わにする量子光学の未開拓領域  

  受賞者：馬場　基彰

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科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】

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• 超放射相転移による熱平衡下の量子スクイージングの検出

  研究課題/領域番号：24K21526  2024年6月 - 2027年3月

  日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究 (萌芽)

  代表者：馬場基彰

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  担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

  超放射相転移によって熱平衡下で非常に強い量子スクイージングが得られる．これは根本的に安定な量子科学技術の基盤となる潜在性を有している．現在，量子ゆらぎを測定可能なほど超高感度かつ超高速なゆらぎ測定装置を構築している．それと並行して，本研究ではErFeO3中の量子ゆらぎに最適なプローブ法を理論・実験の両面から明らかにすることで，超放射相転移による熱平衡下の量子スクイージングの世界初検出を試みる．

• 非平衡複合系における量子凝縮現象のマクロ量子論

  研究課題/領域番号：26287087  2014年4月 - 2018年3月

  日本学術振興会  基盤研究(B)

  代表者：小川　哲生

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  担当区分：研究分担者  資金種別：競争的資金

• 光と物質の超強結合：非古典光のレーザー発振

  研究課題/領域番号：12J00632  2012年4月 - 2015年3月

  日本学術振興会   特別研究員奨励費

  代表者：馬場　基彰

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  担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

• 凝縮系の微視的構造と電磁場の量子性を考慮した非線形光学理論の構築

  研究課題/領域番号：07J00997  2007年4月 - 2009年3月

  日本学術振興会   特別研究員奨励費

  代表者：馬場　基彰

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  担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

その他競争的資金獲得・外部資金受入状況 【 表示 ／ 非表示 】

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• 量子状態の制御と保護を両立させる相転移環境

  研究課題/領域番号：JPMJPR1767  2017年10月 - 2021年3月

  科学技術振興機構  戦略的創造研究推進事業 さきがけ

  代表者：馬場　基彰

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  担当区分：研究代表者

  量子力学の特性を活用した量子技術の社会的な実用化のために，量子力学特有の状態（量子状態）の制御と保護に関するトレードオフ問題の解消を目指します．これまで量子状態を乱すノイズ源の除去によるトレードオフ改善が進められてきましたが，本研究ではノイズ源ごと環境を人工的に相転移させます．環境の状態密度にエネルギーギャップを開け，ノイズをピン止めすることで，トレードオフ問題の根本的な解消を試みます．

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

• 17aPS-45 Strained Ge量子井戸による超放射相転移の発現可能性について

  中尾太一, 馬場基彰

  日本物理学会第79回年次大会  2024年9月  日本物理学会

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  開催年月日： 2024年9月

  記述言語：日本語   会議種別：ポスター発表  

  開催地：北海道大学 札幌キャンパス  

• 17aPS-48 超強結合下の Dicke モデルにおけるレーザー発振と超放射相転移

  平田祐樹, 馬場基彰

  日本物理学会第79回年次大会  2024年9月  日本物理学会

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  開催年月日： 2024年9月

  記述言語：日本語   会議種別：ポスター発表  

  開催地：北海道大学 札幌キャンパス  

• 17aPS-69 固体中サブテラヘルツゆらぎの時間相関測定系の構築

  古川貴也, 内田健人, 栗原貴之, 馬場基彰, 田中耕一郎

  日本物理学会第79回年次大会  2024年9月  日本物理学会

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  開催年月日： 2024年9月

  記述言語：日本語   会議種別：ポスター発表  

  開催地：北海道大学 札幌キャンパス  

• 熱平衡下の量子制御に向けた光と物質の超強結合

  馬場 基彰  [招待有り]

  第70回応用物理学会春季学術講演会  2023年3月  応用物理学会

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  開催年月日： 2023年3月

  記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

  開催地：上智大学   国名：日本国  

  量子制御は従来，非平衡下でなされてきた．一方，基底状態や熱平衡状態という系の最も安定な状態として量子状態が得られれば，デコヒーレンスやエネルギー散逸が起こらず，その量子状態は容易には壊れないはずである．例えば，磁性体ErFeO3にて，マグノンと希土類スピン集団との非常に強い２モード量子スクイージングが熱平衡下で得られ，外部磁場や温度によってその制御が期待されることを，私たちは実験的・理論的に示してきた．

• 種々の物質とテラヘルツ波との超強結合

  馬場 基彰  [招待有り]

  日本学術振興会 テラヘルツ波科学技術と産業開拓第182委員会 第50回研究会  2022年7月  日本学術振興会 テラヘルツ波科学技術と産業開拓第182委員会

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  開催年月日： 2022年7月

  記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

  開催地：神戸大学百年館   国名：日本国  

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担当授業科目（学内） 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2024年度   固体物理学

  理工学部

• 2024年度   固体物理学Ⅰ

  理工学部

• 2024年度   物理数学演習

  理工学部

• 2024年度   発展物理科学

  大学院理工学府

• 2024年度   光と物質の量子物理学特論

  大学院理工学府

担当経験のある授業科目(学外) 【 表示 ／ 非表示 】

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• 物性物理学入門

  2015年4月 - 2019年9月 機関名：大阪大学

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 文部科学省 科学技術・学術政策研究所（NISTEP）

  2023年04月 - 現在  専門調査員

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  委員区分：政府 

• 日本科学振興協会（JAAS）

  2021年11月 - 現在  理事

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  委員区分：学協会 

• 日本科学振興協会（JAAS）

  2021年11月 - 2022年7月  代表理事

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  委員区分：学協会 

• 日本版AAAS設立準備委員会

  2020年11月 - 2022年6月  委員長

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  委員区分：学協会 

• 日本物理学会

  2017年04月 - 2018年3月  領域5運営委員

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  委員区分：学協会 

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社会活動（公開講座等） 【 表示 ／ 非表示 】

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• GENSEKI 2022 The Final

  役割：コメンテーター

  学生団体BEAST  GENSEKI 2022  日本科学未来館  2023年2月

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  対象： 小学生,　中学生,　高校生,　大学生,　大学院生,　教育関係者,　保護者,　研究者,　社会人・一般,　企業

  種別：セミナー・ワークショップ

• 【京大准教授が語る】「光相転移」の魅力とは！？気になるヨーロッパの研究環境も紹介！（馬場基彰先生）- 第２回突撃隣の研究室！

  役割：出演

  学生コミュニティミツバチ  突撃隣の研究室！  YouTube  2021年12月

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  対象： 小学生,　中学生,　高校生,　大学生,　大学院生,　教育関係者,　保護者

  種別：インターネット

• CAREER ONLINE EVENT for Researchers and Candidates

  役割：出演,　パネリスト

  BEAST  オンライン  2021年11月

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  対象： 大学生,　大学院生,　教育関係者,　保護者,　社会人・一般

  種別：セミナー・ワークショップ

• 集合知ネットワーク構築に向けて

  役割：出演,　パネリスト

  科学技術振興機構（JST）  サイエンスアゴラ2021  2021年11月

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  種別：セミナー・ワークショップ

  コロナ禍で様々な科学的な情報が政治判断に活用され、国民に対する説明においてもこういった科学的な根拠が広く使われてきた。しかし、残念ながら不足している部分が多くみられたことも否定できない事実であろう。では私たちは何を考え、何を誰とどのように議論を行えばよいのでしょうか。有事の際には毎回問題になるものの、猶予期間には手が付けられない。こういった壁をどのように乗り越えればよいのでしょうか。「ヒトが紡ぐ」様々な事象をどのようにとらえ、議論し、形にしていくことができるのでしょうか。
  いくつかの組織からゲストをお招きして、これらの解決策を講じ、知の在り方を探ります。

• 集合知ネットワークの構築に向けて -効果的連携のあり方を探る-

  役割：出演

  科学技術振興機構（JST）  サイエンスアゴラ2020  2020年11月

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  種別：セミナー・ワークショップ

  ヒトが人であるがゆえに起こっている課題について解を見出すための一つの方法は「対話」ではないだろうか。 他者と経験を共にすることで自覚的価値が得られ、個人が知り得る情報範囲をつながることによって乗り越えられる。 21世紀型精神活動の現れとして本提案事業であるインクルーシブな学術的交流の機会の構築をめざし、様々な活動をされている方々にお集まりいただき、 効果的進め方を模索し、実装の足がかりとする。

メディア報道 【 表示 ／ 非表示 】

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• 理研、若手給与最大２割上げ 研究力向上へ人材獲得 正式発表、採用拡大、国内波及狙う

  日本経済新聞社  日本経済新聞  朝刊42ページ（社会・調査）  2023年1月

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  執筆者：本人以外 

• （社説）科学を元気に 現状打破へ若手の挑戦

  朝日新聞社  朝日新聞  朝刊 オピニオン2  2022年7月

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  執筆者：本人以外 

• 揺らぐ「科学技術立国」 不安定雇用の若手研究者が増加 参院選でも振興策が論点に

  中日新聞  東京新聞  夕刊 参院選2022  2022年7月

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  執筆者：本人以外 

• 「科学技術立国」掲げるのに研究者の雇用不安定 「学生に勧められない」

  中日新聞  中日新聞  夕刊 一面  2022年7月

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  執筆者：本人以外 

• 科学スコープ 日本の科学を元気にしたい 研究者らがＮＰＯ法人設立 馬場・京大特定准教授が代表理事 情報発信や政策提言も

  京都新聞社  京都新聞  夕刊2ページ（科学スコープ）  2022年7月

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  執筆者：本人以外 

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学術貢献活動 【 表示 ／ 非表示 】

学術貢献活動 【 表示 ／ 非表示 】

• The International Workshop on Quantum Vacuum in Matter

  役割：企画立案・運営等

  Hanyu Zhu  （ Rice University, Houston, TX, USA ） 2023年10月

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  種別：学会・研究会等 

• 第31回光物性研究会

  役割：企画立案・運営等

  光物性研究会  （ Zoom ） 2020年12月

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  種別：学会・研究会等 

• 第23回光科学若手研究会

  役割：企画立案・運営等

  光科学若手研究会  （ 大阪府立大学 I-site なんば ） 2019年11月

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  種別：学会・研究会等 

• 応用物理学会 量子エレクトロニクス研究会「光操作の最前線」

  役割：企画立案・運営等

  応用物理学会 量子エレクトロニクス研究会  （ 上智大学軽井沢セミナーハウス ） 2017年4月

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  種別：学会・研究会等 

• 第16回光科学若手研究会

  役割：企画立案・運営等

  光科学若手研究会  （ 立命館大学 大阪茨木キャンパス ） 2016年4月

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  種別：学会・研究会等 

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