Tokyo Metropolitan University Institutional Repository Miyako-Dori / 首都大学東京機関リポジトリ

東京都立大学Tokyo Metropolitan University博士（理学

Ahmad, Nazir

アフマド, ナジル

Summary of Doctoral Dissertation (Doctoral Program (Science)) 
 
                 Author Nazir Ahmad 
 
Title: Anomalous Electronic States in Topological and Related Materials with Unique Crystal 
Structures 
 
(Japanese): 特徴的な結晶構造を持つトポロジカル関連物質における特異な電子状態
（英文） 
 
Summary 
                           
Interest in exploring and understanding the nature of topological materials is on the rise. 
However, the number of such materials is limited and, therefore, the addition of new 
materials to this list is essential to clarify their nature. It is evident from the theory and 
experiment that the strong spin-orbit coupling has marked effects on the band structure 
of weakly interacting solids and leads to a novel phase of matter, the topological insulator. 
The spin-orbit interaction (SOI) scales with atomic number, Z. More specifically, the 
strong spin-orbit coupling is expected in compounds involving d electrons, especially in 
5d transition metals. Based on this, we consider compounds that include Ir and Pt atoms—
β-IrSn4 and Pt1−xCdx. 
 
High-quality single crystals of tetragonal β-IrSn4 showed non-saturating large linear 
magnetoresistance (MR) in magnetic fields parallel to the crystallographic c axis. A 
quantum mechanical theory connects the linearity in MR to the Dirac electrons. The 
anisotropic nature and the structure in the angle dependence of MR reflect the topology 
of the Fermi surface. We observed there exist open orbits along the ⟨001⟩ directions. A 
dHvA effect measurement and density functional theory calculations confirm the 
existence of electron and hole pockets. One of the pockets exhibits the four-fold 
degeneracy. Our calculations also uncover Dirac states at the P point. A Kohler plot shows 
the deviation from the typical H2-dependence. The curves don’t fit into a single line. 
Besides that, we confirm an unconventional anisotropic type-I superconductivity 
following the electrical resistivity and specific heat measurement at low temperatures in 
low fields. We found that a large part of the room-temperature magnetic susceptibility 
originates from the orbital motion of conduction electrons. This boosts the possibility of 
its candidacy as the Dirac electron system. As a nonmagnetic compounds with large 
magnetoresistance, it may find potential applications in the field of spintronics. 
 
Anomalously large diamagnetism has been observed in some topological materials 
including Bi1−xSbx, ZrTe5, and inverse-perovskites A3BO. It has been discussed 
theoretically that the diamagnetism can be attributed to interband topological effects in 
Dirac electrons. In this study, we report the observation of a large diamagnetism in the γ-
phase of the intermetallic Pt–Cd system, which belongs to a new class of such materials 
featuring multi-shell polyhedral clusters. The magnetic susceptibility indicates that the 
diamagnetism due to electrons’ orbital motion is dominating over the other contributions. 
 
Another interesting finding is the existence of extremely low-energy optical phonon 
modes (T2 triplet branches lying at as low as ~30 K). From ab initio calculations, we have 
clarified that four Cd ions of the inner tetrahedron in the cluster have the largest oscillation 
amplitude along the 〈111〉 directions forming a two-in, two-out configuration. This feature 
originates from a large open space around the inner tetrahedral Cd ions in the cluster, 
which is because of the well-organized stacking of the four polyhedral layers. This 
observation may help to understand the interaction of Dirac electrons with phonons in 
topological materials. 
 
 


English

Anomalous Electronic States in Topological and Related Materials with Unique Crystal Structures

Ahmad, Taufiq

アーマド, タウフィク

 
 
学位論文審査要旨（課程博士） 
 
論文著者名 Ahmad Taufiq 
 
論文題名：The comparative phylogeographic analysis and environmental suitability  
    of four native tree species in Sundaland 
（邦題：東南アジア・スンダランド地域に自生する樹木 4 種の 
   分子植物地理学的研究（英文）） 
 
論文審査委員               
主査 教 授  村上 哲明        
委員 准教授  江口 克之        
委員 准教授  野澤 昌文        
                    
 
１ 研究の目的 
 東南アジアのマレーシアからインドネシアにかけて広がる地域（マレー半島、スマトラ
島、ジャワ島、ボルネオ島、および周辺の小島を含む）は、スンダランド地域と呼ばれ、
生物多様性が極めて高いホットスポットとして知られている。この地域では、約 250 万年
前から 2 万年前までの第四紀更新世に氷期と間氷期が周期的に繰り返された結果として
120m 以上の海面の変動が生じ、島々が断続的に繋がったり分離したりしていた。この地史
的な変動は、種の分散や隔離を促し、生物多様性の増加や種分化を促進したとされている。
また、これらの気候変動は、この地域に見られる生物多様性の地理的分布パターンや種内
の遺伝構造にも大きな影響を与えたと考えられる。逆に、種内の遺伝構造を解明すること
で、過去の気候変動がスンダランド地域の生物の地理的分布に与えた影響を理解するため
の手がかりが得られる可能性がある。こうした研究は、分子系統地理学（phylogeography）
として知られ、種内の遺伝的多様性の地理的分布を解明することを通じて、現代の生物地
理的分布がどのように形成されたかを探るものである。 
 本研究の目的は、スンダランド地域に広く分布する複数の樹木種を対象に分子系統地理
学的研究を行い、最も近い過去における氷期（約 1〜2 万年前までの最終氷期、現在より平
均気温が 7〜8℃低かった）および完新世（約 8 千年前、現在よりやや温暖な時期）が、こ
の地域の生物地理的分布にどのように影響したかを解明することである。樹木種は一般に
動物種や草本種と比較して移動能力が低いため、種内の遺伝構造が過去の気候変動を反映
しやすいと考えられ、本研究に適している。しかし、これまでにスンダランド地域の樹木
種に対する分子系統地理学的研究は 2 例しかなく、しかもそれらはスンダランド北部のみ
に焦点を当てたものであり、スンダランド全域を対象にした研究は存在しない。 
 さらに、本研究では、生態学的ニッチモデリング（ecological niche modeling）の手法を
併用して、現在および過去のそれぞれの樹木種の地理的分布を推定し、スンダランド地域
の植物種の分布変遷を明らかにすることも目的とした。生態学的ニッチモデリングとは、
既知の生育地点と環境情報を基に、未知の地理的分布を推定する手法であり、過去の気候
条件を入力することで、過去の地理的分布も推定できる。本研究は、複数種の樹木種を対
象にした比較分子系統地理学的手法と生態学的ニッチモデリングを組み合わせて、スンダ
ランド地域における植物種内の地理的遺伝構造に影響を与えた歴史的・環境要因を解明す
ることを目的とする。 
 
２ 研究の方法と結果 
 本研究では、スンダランド全域に広く分布する 4 つの樹木種：Campnosperma 
auriculatum (ウルシ科)、Pometia pinnata (ムクロジ科)、Polyscias diversifolia (ウコギ科)、
および Trema orientalis (アサ科)を対象に研究を行った。これらの種の潜在的な地理的分布
を推定するために、MaxEnt ソフトウェアを用いて生態学的ニッチモデリングを行い、そ
れぞれの樹木種の種分布モデル（SDM）を構築した。この SDM に基づいてスンダランド
全域から 699 個体の植物材料を採集し、調査費用と労力を大幅に削減することができた。 
 Chapter I では、分子系統地理学的解析を行うため、まず 18 個の葉緑体 DNA（cpDNA）
マーカーを用いて種内の遺伝的変異を調査した。最も塩基多様性が高い 3 つの cpDNA 領域
を連結して解析し、各樹木種の地理的遺伝構造を調べた。その結果、明確な地理的遺伝構
造の存在が予想される予備的な結果が得られた。 
 次に Chapter II では、本研究でスンダランド地域から得られた全ての植物サンプルにつ
いて、それぞれの種で最も高い変異量が見られた cpDNA マーカーに加えて、MIG-seq 解
析によって得られた核 DNA の一塩基多型（SNP）データも用いた分子系統地理学的研究を
行った。これにより、スンダランド地域内における複数の植物地理学的境界が存在するこ
とが示唆された。また空間的分子分散分析（ (Analysis of Molecular Variance、 SAMOVA）
ならびに ADMIXTURE ソフトウェアを用いた遺伝構造解析を行い、スンダランド地域内に
おける、これら樹木種の遺伝的境界を明らかにした。 
 これらの分析により、スマトラ島の脊梁山脈であるバリサーン山脈やボルネオ島の脊梁
山脈であるイラン山脈が、これら 4 種の樹木種の遺伝子拡散を阻害する地理的障壁として
働いていることが明らかになった。これらの山脈は、ヨーロッパにおけるアルプス山脈や
ピレネー山脈や、日本における中部山岳地域や脊梁山脈と同様に、東南アジア・スンダラ
ンド地域の樹木種の遺伝的障壁として機能していることが本研究で初めて示された。 
 さらに、生態学的ニッチモデリングによる分析では、C. auriculatum、P. pinnata、P. 
diversifolia の 3 種が、最終氷期最盛期にはスンダランドの沿岸部の特定の避難地（レフュ
ージア）に生育が限られていたこと、地球が温暖化した完新世にスンダランド地域の北西
部に分布拡大し、その後も北東に分布拡大することによって現在のような地理的分布にな
ったことが示唆された。一方、T. orientalis は、寒冷期にも現在と大きく地理的分布が変わ
らなかったことが示された。 
 本研究により、スンダランド地域の植物種の地理的分布が、地史的、気候的、ならびに
個々の植物種の生態学的特性による複雑な相互作用を経て形成されていることが示された。 
 
 
３ 審査の結果 
 本研究は、多数の植物サンプルを東南アジアのスンダランド全域から採集し、それらか
ら得られた葉緑体 DNA と次世代シーケンサーを活用した核 DNA の大量の遺伝情報、並び
に生態学的ニッチモデリングの結果に基づいて、スンダランド地域における過去 2 万年〜
数千年にわたる地理的・気候的影響による植物種の地理的分布の変遷ならびに個々の植物
種内の地理的遺伝構造を明らかにした。本論文で得られたこれらの成果は、東南アジアに
おける生物多様性の理解を格段に深めることに貢献したのみならず、これらの保全にも大
いに役立つ情報であり、高く評価できるものである。 
 また本研究については、学位申請者が第一著者の論文１報が ActaPhytotaxonomica et 
Geobotanica 誌に既に受理されている。以上、本研究は本学の博士（理学）の学位に十分値
するものと判断した。 
 
４ 最終試験の結果 
 本学の学位規定に従って、試験および試問を行った。公開の席上で論文発表を行い、生
命科学専攻の教員による質疑応答をもって試験にあてた。また、論文審査委員が本論文お
よび関連分野について試問を行った。その結果、専門科目および外国語についても十分な
学力があることを認め、合格と判定した。 
 
 


The comparative phylogeographic analysis and environmental suitability of four native tree species in Sundaland

東京都立大学Tokyo Metropolitan University修士（心理学

白石, 紗衣

シライシ, サエ

Japanese

手の運動が発話の流暢性に与える影響の検討

中村, 颯希

ナカムラ, サツキ

母親の非機能的なペアレンティングが孤独感および自殺念慮に与える影響についての検討

東京都立大学Tokyo Metropolitan University修士（文学

李, 真

リ, シン

近世中期における中国小説の受容 : 来義庵佐南峯名義作品を中心に

東京都立大学Tokyo Metropolitan University修士（経営学

豊田, 大貴

トヨタ, タイキ

コーポレートベンチャーキャピタル（CVC）の特徴と投資パフォーマンスの関係

東京都立大学Tokyo Metropolitan University修士（理学

松井, 仁

マツイ, ジン

Z2✕Z2対称構造に適合した不変リーマン計量

古澤, 慎平

フルサワ, シンペイ

単層カルコゲナイドナノチューブのテンプレート合成と構造解析

東京都立大学Tokyo Metropolitan University修士（工学

中里, 倫子

ナカザト, リンコ

山岳トンネルにおけるインバート形状と耐荷力の関連性に関する研究

明庭, 拓海

アケニワ, タクミ

市街地再開発事業における周辺環境と施設用途の関連分析

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