高温超伝導を示す化合物の「発見」を主目的に、無機合成による結晶性の高い試料の作成と評価を行い、得られた結晶の局所構造と電気的性質・磁性との相関を明らかにする研究を展開中。細野透明電子活性プロジェクト研究員。電子ではなく光を用いることで機器の超省電力を実現する光回路。その実用化に欠かせないのが、メモリのように光を蓄え、トランジスタやスイッチのように蓄えた光を自在に取り出したり、性質を変えたりできる微小光共振器である。光回路に欠かせない微小光共振器ノートパソコンの電源アダプタやテレビの背面に触れたとき、その熱さに驚いたことはないだろうか。実は電気製品は、その機能とは関係なく消費電力の一部を無駄な熱として放出している。電気伝導に優れた金でさえ電気抵抗はゼロではなく、電気が流れると電気抵抗に応じたジュール熱を発生してしまう。電気回路は、通電するだけでその回路の電気抵抗に応じた熱エネルギーを失っていくことになる。「発熱を宿命づけられた電子回路ですが、光回路は違います。光はガラスの中を通過してもジュール熱のようなロスを発生させません。そのため、光回路は原理的にロスなしにできるのです」と田邉孝純専任講師は説明する。削減といった課題解決策としても期待が高まっている。いいことずくめに見える光回路だが、課題も少なくない。その1つが光を1カ所に留めておく装置の開発だ。マイナスの電荷を持つ電子は、プラスとマイナスが引き合う力を利用して電子をその場に留めることができる。光は電子のような電荷を持たない。そこで1カ所に留めておく別の方法を考えなくてはならない。「光を1カ所に留めておく装置を微小光共振器と呼ぶのですが、光回路の実用化にはこの微小光共振器の実現が欠かせません。1カ所に留めておくことができれば光をメモリとして使えますし、閉じ込めた光を操作することでスイッチやトランジスタとして機能させることもできます。この研究ではいくつかの方法が試されていますが、私もフォトニック結晶という技術で光を閉じ込め、コンピュータの記憶に関する演算回路の作動に成功しています」。一連の研究から成果を得た田邉さんは、この春から光回路の実用化に取り組んでいる。それがガラスの主成分のシリカを素材にした微小光共振器の開発だ。光集積回路の基本的な構造シリコンの基板上にシリカガラス製の光デバイスが配置されている。左上にある円盤状の装置が微小光共振器。この装置の中に光が閉じ込められている。微小光共振器は入射光の強弱によって屈折率を変えることができ、光スイッチや光トランジスタとして機能させることもできる。右上の装置は光信号を分岐させるパッシブなデバイス。光スイッチや光トランジスタからの光信号をこの光デバイスに送ると、信号を波長ごとに分けたり、信号を複製することができる。実用化を目指して「微小光共振器の素材としてシリカを選んだ理由はいくつかありますが、念頭にあったのは、既存の光デバイスとの高い親和性です。実用化を考えるとシリカは魅力的な素材ですね」。光ファイバーケーブルや光信号を光のままで分岐させる平面光波回路など、光回路に必要なデバイスのうち、光信号の送受信や情報の分岐といったパッシブな装置は実用レベルに達しつつある。それらの多くはシリカを素材としている。既存の光デバイスと同じ素材であるシリカで微小光共振器を開発できれば、光メモリや光スイッチ、光トランジスタといったアクティブなデバイスと既存のパッシブなデバイスを1つのチップにまとめられ、光集積回路をより簡単に構築できることになる。シリカは、フォトニック結晶が素材とするシリコンと比べて、非線形光学現象は小さいが反応速度は速いという、相反する特徴を持っている。シリカを素材にすることで、素材の違いが機能に与える影響を見極めることもできるのだ。「シリカを素材にすることで、共振器という素子単体ではなく、周辺機器との組み合わせを含めた光集積回路に特有の課題の洗い出しも可能になります。そこで発見した成果や課題は、フォトニック結晶など、他の手法で進められている光回路研究にも貢献できると考えています」と田邉さんはこれからの抱負を語った。犀川陽子専任講師は、こうした自然現象の原因物質を探す研究をしている。最近、ニセクロハツという日本産毒キノコの毒成分を突き止めた。ニセクロハツと呼ばれる、実においしそうな毒キノコがある(図中の写真)。年近く死亡事故がなかったことや、似たキノコがいくつも存在するといった理由から、ほとんど幻のキノコのようになっていた。松浦正憲博士と共に行なった。調べつくされた観のある天然物探索の世界ではかなり話題になっている。なる環に、カルボン酸がついただけの小さな物質である。「自然界にはまだ、こんなにシンプルな物質が、知られずに残されていたんだ!と驚きました」と研究に関わってきた犀川さんは、毒の正体を突き止めたときのことを話す。構造はシンプルでも、その抽出は簡単ではなかった。研究は、まずニセクロハツを特定することから始まった。そのために毒性の評価法として、マウスの腹腔に毒物質を直接注射する方法を採用した。毒性のない成分を注射してもマウスが死んでしまうことが途中でわかる。マウスに食べさせるという方法に変え、実験をやり直した。難問だったのが、通常の抽出操作では毒物質が消えてなくなることだった。「これがダメなら、次を試してみる。いう意味で、研究者は短気です」と犀川さんは当時を振り返る。研究には当たり前の操作を見直す謙虚さと、次々に解決策を考え出し実行するタフさが必要とされるようだ。結局、濃縮によって毒物質が消えることがわかり、抽出操作を改善した。年もの歳月が流れていた。酸と重合反応ニセクロハツ(写真)は毒成分が解明されていない、唯一の致死性毒キノコだった。ニセクロハツのもつ致死性の毒成分は、2‐シクロプロペンカルボン酸だとわかった(左の青丸の部分)。2‐シクロプロペンカルボン酸の分子どうしが接近すると、重合反応がおこり毒性を失う。そのため、抽出操作の濃縮の段階で、毒性が消えるという問題が起こっていた。「結果が出ないときは精神的にとても苦しいですが、構造がわかってしまうと目から鱗が落ちるように、これまで見てきた現象の何もかもに答えが出るんです」。毒物質の構造が特定されてみれば、濃縮によって毒性が失われてしまうことにも納得がいった(図)。“スッキリ”する感覚がたまらず犀川さんは研究を続けている。この研究では、自然界から新しいものを発見する喜びも味わうことができた。ほかの分野に新たな疑問を投げかけることができるのも、新物質発見の面白さだ。この毒の最大の特徴は、筋肉が溶ける「横紋筋融解」が起こることだ。そのメカニズムが全くわからないため、医学的な注目が集まっている。ネタ探しの手間は惜しまない犀川さんは今、研究者としてはじめて1人の力で研究テーマを立ち上げようとしている。カバの汗を採りに動物園に通い、キノコを探しに何度も山に登ったこれまでの経験から、「研究ネタはどこにでも転がっています。テレビや雑誌からだけでは見つかりません。自分の足を使わなければダメです」と話す。超伝導とは、物質を極低温にしたときに電気抵抗がゼロになる現象である。年に層状の鉄系化合物による超伝導現象を発見した。する絶対温度の単位)に冷却された水銀の電気抵抗がゼロになることを発見する。これが超伝導の発見である。この電気抵抗がゼロに変わる温度は超伝導転移温度と呼ばれ、その後、より高い温度で超伝導を起こす物質の探求が行われてきた。