INTERVIEW

光誰がも創見りた
出こ
すと新のしないいフナ
ロノンのテ世ィ界アへに挑む
10

北の交差点 Vol.16 AUTUMN - WINTER 2004

フェムト秒レーザー加工機等の実験装置が集積する北大電子科学研究室内の三澤教授

北海道をベースに活動を続けながら世界を舞台に活躍する人々にスポットを当てるこのコーナー。
今回は、先端研究フィールドとして注目を集める北海道大学「電子科学研究所」の三澤弘明教授の登場です。極微空間における「光」と「物質」を制御して活用する研究を積み重ね、今年６月には熱を介在させない新しいレーザー加工装置の開発・製造・販売をするベンチャーも立ち上げるなど、アグレッシブな活動を続ける理学博士です。
先生の研究室では、ナノというとてつもなく小さな世界から、大きな可能性が広がっています。

●プロフィール●
み さわ

三澤
北海
道大学
電子科学
研
究所
教授

三澤弘明

ひろあき

弘明 理学博士

北海道大学
電子科学研究所教授
19551979198119841984
1986
1988
1991
1993
1995
1997
2001
2003
2004

科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業「量子相関光子ビームナノ加工」プロジェクトリーダー

東京生まれ
東京都立大学工学部工業科学科卒業
筑波大学大学院理工学研究科理工学専攻修士課程修了
筑波大学大学院化学研究科科学専攻博士課程修了
米国テキサス大学 博士研究員
筑波大学 化学系 助手
新技術事業団（現科学技術振興機構）増原極微変換プロジェクト 研究員
新技術事業団（現科学技術振興機構）増原極微変換プロジェクト グループリーダー
徳島大学工学部 助教授
徳島大学工学部 教授
徳島大学大学院工学研究科 教授
12月より科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業（CREST）「量子相関光子ビームナノ加工」プロジェクトリーダー
５月より北海道大学 電子科学研究所 教授
６月株式会社レーザーシステム取締役（研究開発担当）就任●専 門／光化学・レーザープロセス●研究分野／分子操作、DNAデバイス、マイクロ光デバイス●研究内容／「光」と「物質」の新しい相互作用を解明するとともに、それに基づく新しいフォトニックデバイスに関する研究●研究内容のキーワード／量子相関光子、フェムト秒レーザー、フォトニック結晶、レーザーマニピュレーション、DNAチップ●受 賞／1993年仏モエヘネシー・ルイヴィトン国際科学賞における「ダヴィンチ賞」受賞
三澤弘明研究室 http://misawa.es.hokudai.ac.jp/

するというのがとても大変なことで、もうほぼ限界に近原子レベルで物質の構造を操作するナノテクの世界づいています。
── 製造業や医療分野等、多方面でレーザーは使わ── ここ数年、急速にナノテクノロジー（ナノテク）れていますね。ちょっと素人的なのですが、ジェームという言葉が脚光を浴びていますが、三澤先生の「フスボンドが登場する60年代のスパイ映画「007ゴェムト秒レーザー」を使った微小空間での研究もまさールドフィンガー」で、工業用レーザーを破壊兵器としくそうですよね。ナノテクノロジーとはいったいどして描いていて、レーザー光の熱で焼き切るというよんな世界なのでしょう。

うなのが一般の人のイメージだと思うのですが、それに対してパルスを短くするという研究はどういうこと

三澤 ナノテクノロジーは、ナノメートル（nm）単位のから始まったのですか。

極微な世界で物質の構造を操作・制御して活用する技術の総称で、そこから新たな可能性を生み出そうと、国際

三澤 昔ビデオがない時には、相撲などできわどい勝負的にも注目されている分野です。になると分解写真がありましたね。分解写真はストロボ「ナノ」とは、10億分の１を表わす単位で、１ナノメをたくわけです。ストロボが短ければ短いほどその瞬間、ートルとは、10億分の１ｍ。分子くらいの大きさを表わ瞬間をシャープに切り出せます。長くたいていると動いします。１ｍが基準ですから、その1000分の１はミリでちゃいますから、ぶれてしまいます。フェムト秒のレーすね。10で３回割り算するので10のマイナス３乗がミリ。

ザーというのは、非常に短い時間を高い精度で計測したマイナス６乗がミクロン。その後が今有名なナノです。

い。そういったところからスタートしているんです。

ナノは10のマイナス９乗になります。その下がピコで、例えばレーザー光を鉄に当てると、中の電子がその光さらにその下がフェムト。10のマイナス15乗という単位を吸収して高いエネルギー状態にポンと上がりますが、がフェムトです。

時間がたつとまた元の状態に落ちます。その電子が落ちる時にエネルギーを放出して熱が出ますから、この繰り── 直接目では見えない世界ですね。その下はある返しの連続で熱が溜まってきて、アチチという状態になのですか。ってドロドロに溶けちゃう。だから切ったところを顕微鏡で見ると熱で溶けて丸くなっています。それだとレー三澤 あります。アトという単位がありますが、我々がザーを当てた所以外も熱によるダメージが入る。 それ実験で使っているフェムト秒レーザーは目に見える可視は今、半導体加工などでは使えない。ところがフェムト光のレーザーなので、それができる時間的限界というの秒ぐらいの非常に短い時間だけレーザー光を照射するがフェムト秒。時間の単位にあてはめると、１フェムトと、瞬間的にすごく高いエネルギーが出ます。そうする

秒は1000兆分の１秒となり、その短い時間だけ光る パと電子が落ちて熱が出る前に次の光がどんどん来ますか

ルスがフェムト秒レーザーというわけです。その下のアら、電子は落ちようと思っても落ちれなくてどこかへ行

ト秒のパルスになるとＸ線じゃないと発生させられないってしまう。電子はマイナスですから、電子がどこかにんです。今、可視光のフェムト秒レーザーのワールドレ行ってしまうと、そこにプラスの電気だけが残って、プコードが４．
数フェムトぐらい。そこの数フェムト短くラスとプラスは反発して爆発する。普通爆発というのは※熱が出るんですが、熱の出ない「冷たい爆発」が起きるんです。
単位としての「ナノ」

1メー
ト
ル

10−2

10−3

10−610−9セン
チミ

ナピリミ︵クマイロクンロ︶

ノcm

μ

1100

11000

1100万（（）（）（）

10−12 10−15 10−18

1000兆分の1秒が生み出す
新しい加工と新しい産業応用ア── 先生の研究室を紹介するホームページに、マッ

コ

フェ
ム
ト

ト

チ棒の発火剤の部分をフェムト秒レーザーで切断してnpfa

110億

11兆

11000兆1100京（）（）いる画像があって大変驚きましたが、そういう原理な（）のですね。

）
三澤 そうです。フェムト秒レーザーでマッチの先が切れるのも、光が当たった部分の電子をどんどん飛ばして※パルス：脈動。短時間だけ供給される電流や光を意味する

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いるので、残った物が静電的に反発して物がなくなり、三澤 実際にフェムト秒レーザー加工装置を開発して販熱が出ない。熱を介在させないで加工できることがフェ売するのと、委託加工というのがありまして、委託加工

ムト秒レーザーの非常に大きな特徴です。例えば、通信して、それをクライアントが評価して、よければ加工機機能を持ったICチップが定期券などに入っていますが、を買ってくれるということで、この間もクライアントのあれは将来的には0.3ミリ×0.3ミリぐらいの大きさにな方に非常に高く評価してもらいました。
「世の中に出てるんです。それを一つのウエハー（半導体でできた基板）いるレーザー加工機では気に入った製品がなかったんだから切断して作るわけです。さっき言ったようにレーザけれど、これはいける」という評価を頂いたんですね。

ーが熱に変わる前に加工できるので、ダメージが入らず我々のノウハウだと、光をどういう角度で、どう入れるに無駄なく切断することなどにもこの技術は使えると思と、物がどのように加工できるかがシミュレーションでいます。さらにこれまでのレーザー光線の一番の欠点できるんですね。それに沿って設計してやると今までの装あった透明材料が加工できるという特徴もあります。従置ではうまくいかなかった部分が、理想に沿った形で加来のレーザーは鉄とか洋服の生地の裁断にも使われてい工できる。ですからそういう意味では大学の中の基礎研ますが、材料が光を吸収して熱が出ないと加工できなか究というのが非常にうまく生かされています。

った。可視光はガラスなどの透明な材料に吸収されませんから、ガラスは切れなかったんです。ところがフェム── 基礎研究によるデーターの蓄積が産業化への鍵

ト秒レーザーだと、例えばガラスでも表面は傷つけずに、なのですね。

焦点が合った中だけを局所的に加工することができます。
三澤 応用研究にだけ着目しちゃうと、こういう研究とCutting
Ruler
ProfilingWriting

いうのは多分ダメになってしまうと思います。やはり基礎的な研究を積み重ねて、これはこういう物に使えるとか、ああいう物に使えるということを幅広く持っていな
いと産業用にはつながらない。我々はそれぞれの材料に対して、レーザーを打ち込んだ瞬間から加工が終わるまで、どういう状態変化を起こしていくか、それは電子とか原子核とかの動きも含めてリアルタイムに時間分解で見てみたいんですね。

フェムト秒レーザーによる加工

例えば、サファイヤってありますよね。日亜化学にいた中村修二さんが製品化したことで知られる青色ダイオ── それはどんなところに利用できるのですか。

ード、あれもサファイヤの基板の上に窒化ガリウムという結晶を成長させて、ブルーに光らせるんです。サファ三澤 この間台湾に国際会議で招待されたときにも話をイヤは産業分野では非常に大事な材料ですが、結晶になしたのですが、トレーサビリティ（生産履歴の管理）にっていて非常に固く、機械加工もしにくいといわれてい有効です。今海外でもすごく問題になっているのは、コました。それが、フェムト秒レーザーを当てるとアモル

ンピュータの中に組み込まれたチップ（集積回路）を、ファス（非結晶）になっているから加工できるというこ

製品検査する前に従業員が横流しすることがあるようとが最近分かってきました。それまではレーザーを当てで、それはブラックマーケットに入って、非常に安い値ると何か変化が起きて、割れやすくなるとか、穴が開き段で流通します。不良品だった場合はシステムが全部ダやすくなる、でも何故か、ということがよく分からなかウンして、訴訟問題になりかねないといったことは世界った。ところがいろんな測定・計測を重ねて、電子レベ各国で起こっていて、そういった時に透明材料で、中にルのところまでメカニズムがはっきりしてきた。メカニ

ロット番号等を書き込めると、改ざんの有無やいつどこズムが分かればいろんな物に応用できます。サファイヤで生産されたかを追跡できるんです。の表面に字を書いたり、内部に何か書いたりということもできるんですね。

基礎研究を活かした北大発ベンチャーへの挑戦

フェムト秒レーザーを当てたサファイアをスライスして、超高分解能の電子顕微鏡で見た時は、「これ、アモルファスになってる！」とすごく感激しました。フェム12── 今年の6月に㈱レーザーシステムというベンチト秒レーザーの強度が十分な部分はアモルファスになっャー企業を立ち上げたとお聞きしましたが、どのようているんだけど、それよりちょっと低い所は結晶のまま。

な会社なのですか。

その境目が１ナノメーターか２ナノメーターで、非常に北の交差点 Vol.16 AUTUMN - WINTER 2004

「科学技術の進展は日本社会の底上げに欠かせません。それを支えるのは人材の質にかかっているだけに、現在の理系と文系の文化が分断された状況を危惧しています。両者を繋ぐ最低限の科学的な基礎知識が必要です。そのためにも教育の在り方が非常に重要になってきます」と三澤教授。

フェムト秒レーザー照射により高屈折ガラスの中に形成したダイヤモンド構造を有するフォトニック結晶た社会貢献ということと、やはり研究。特に私は、電子科学研究所にいるので、研究所に期待されているのは突
フェムト秒レーザーを光硬化性樹脂に集中照射して作製したマイク
ロギアホイール

左と同手法により作製した3次元フォトニック結晶

き抜けた研究力。それが世界レベルに達していないと研究所にいる意味がなくなっちゃうんですね。

微妙な条件の差で結晶のままか、アモルファスに変わるのかが決まってしまうんです。それが私にはすごく驚きだったし、「みんなに見せたいな、科学の教科書に載せたらいい」と思ったほどです。
── ご承知のように北海道経済は全国でも厳しい状
況にある中で、先生の研究やベンチャーに対する地元の期待は大きいと思われますが、地域との関わりについてどうお考えですか。
図：DNAチップからのSPRイメージング画像

三澤 我々が関係するところは製造業。この㈱レーザーシステムも製造業に関係してくるわけですが、北大発ベンチャーというとだいたいバイオとIT。ITはなかなか雇用を生み出してくれない。バイオというのは成功するのにすごく時間がかかる。製造業だと、例えば自分たちださらに先の世界へ。
誰も見たことのない探索的な研究に挑む

けではできない様々な治具の工作や制御ソフトの発注を道内の企業にかけたりするわけです。そうすると雇用も── 先生の研究チームが、科学技術振興機構の推進促進されるので、その意味でも製造業を立ち上げなけれプロジェクトとして力を注いでいらっしゃる「量子相ばいけないと思います。北海道って製造業が少ないんで関光子ビームナノ加工」についてお教え下さい。

すよね。
また、フェムト秒レーザー加工のほかにも、それで作三澤 最先端のフェムト秒のレーザー加工技術を使える小さい構造のDNAチップも研究しています。DNAをば、例えばサファイアには0.1ミクロンとか0.2ミクロンフェムト秒レーザー加工で作った穴の中に流して、それとかで線を引けるんですよ。でもそれは研究室レベルのを分析するシステムを作ることを将来の目標として持っ話で、産業応用はまだまだ。しかし、100ナノメートルています。これは、犬などの様々な動物の遺伝子を簡単（0.1ミクロン）以下の領域の加工は、フェムト秒のレーに検査できるチップとして利用できると考えています。

ザーでもかなり難しいんです。産業界はまだ、フェムト日本ではペットの遺伝子を調べないままに繁殖させてい秒のレーザー加工の領域には入っていないのですが、基るような状況があるので、ペットを飼いたい人が、動物礎研究の分野はそれより先を見据えなければなりません。の血液をチップに乗せて遺伝的な病気を持っているかど

そこで、細かい加工をするためには波長をどんどん短うかを簡単に調べられるようなものを製品化したい。そくしていく、という今までの考えに対して、量子相関とうすると、 製造業だけでなくて、バイオに関連しても、いう非常に特殊な光子（光の粒子）を使って、さらに細北海道の地域に貢献できるのかなと思います。そういっ

かい加工開発をめざす、というのが「量子相関光子ビー

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このような量子相関光子を応用することで、究極の暗「夏の気候は自分の体型にもあってるし、札幌は暮らしやすい街ですね。でも冬のツルツル路面はとてもコワイです。横断歩道の白い線が氷の下に見えるなんて…、スケートリンクでしか知りませんでしたから（笑）」

号と言われている量子暗号や量子コンピュータも実現できると考えられていて、今世界中で活発に研究されています。それらの光源開発にも我々の研究は使えると思います。
── 最大のライバルというのはどこなのですか。
三澤 量子加工も含めて量子暗号や量子コンピュータは世界中で研究が進んでいます。例えば量子ナノ加工に関してはアメリカは巨額の資金を投入しています。日本では国家プロジェクトというのはまだないですね。私はムナノ加工」なんです。光は、波としても考えられますJST（科学技術振興機構）の援助を受けていますが、みし、粒としても考えられるという両方の性質を持っていんな個別で研究しているのが現状。基礎的研究であってます。これは量子力学の基本的な考え方で、そういう性も、最後はこういうストーリーで産業への応用が描けま質を利用して原子スケールの極微の世界の事象を研究すすよといったプロジェクトには予算を付けてほしいと思ることで、新しいことができると考えています。

いますね。

いかにたくさんの光子に相関性を持たせるかというこ大学発ベンチャーはベンチャーで面白いのですが、大とで、加工分解能が決まるというのがこの研究で、理論学の使命ってもっと先を行かなければいけないと考えま的には実証されていますが、まだ実現した人はいないんす。社会的ニーズを捉えて、そのために北大がどういうですね、残念ながら。この下のイラストでは光子が４つ基礎研究をすべきかというロードマップをそれぞれの分繋がっていますが、それを８個にするとか、10個にする野で策定する。そして例えば、光分野では東大よりも北ことで加工分解能が飛躍的に向上します。10個にすれば大のほうが優れているといった得意分野をつくればいい

波長の10分の１の加工ができるので、800ナノメーターんですよ。独立法人化されて大学が独自の改革をやってのレーザーを使っても80ナノメーターの加工ができるこいいといわれている今は、それができるチャンスなんでとになります。

すよね。マーケットは世界に広がっていて、日本の中で競争しているわけではないですから。ノーベル賞がとり

── 研究はどのように進んでいるのですか。

たいとか、トップレベルの技術の産業化を計りたいと思ったら、要するにスタンフォードやハーバード、マサチ

三澤 今は量子相関光子を大量に発生することができなューセッツ工科大、オックスフォード出身の研究者やエいので、それを高い効率で出せるような光源開発を行っンジニアと追いつけ追い越せの勝負をしなきゃいけないています。相関を持った光子を計測する技術や少ない光んですね。それにはその産業技術の科学技術動向をきち子で加工できるような、材料開発も含め加工技術全般にんと把握しているスタッフが私は必要だと思います。つわたる研究を進めています。だから10年後、20年後を見まり、科学技術に対する深い知識と、社会的ニーズに応据えた研究になると思います。量子相関光子そのものがえられる技術を生み出すために異分野の人とコミュニケまだよくわからない探索性の強いテーマなんですね。

ートできる力を持った人ということです。
── 先生は昨年、徳島大学の研究室からスタッフも含めて北大の電子化学研究所に移られたそうですが、どのようなメンバーなのですか。
三澤 スタッフは、自国でレーザー開発の研究をやっていたリトアニア人や、半導体、分析化学、マイクロ加工と、異なる得意分野を持った専門家が集まっています。
ですからバイオ応用や通信応用への発展も考えられます
し、いろんな切り口で研究を進められるのが特徴かと思います。
やっぱり、「あいつのところでやっている研究はすご14

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いなあ」と世界レベルで評価してもらえるような研究をいろいろ見られるんですよ。で、「これは面白いな」と。

していきたいですね。

普通の光化学では理解できないような現象がいっぱいある。光をドンと当てたときに物質がどういう風に変わる

何を見たいか、が原動力。
子どもたちに科学の夢を見せるのも自分の役割かというところに着目して、研究をスタートしたんです。
新たな分野を開拓しないと世界と競争できない、という強い思いがありましたね。今でもそれが原点で「何か新しいものをやりたい」ということでずっと来ていますね。

── 近年、未来を担う子どもや学生たちの科学離れが問題になっていますが、三澤先生は子どもの頃、理── 最後に、レーザーシステムの会社の抱負と、科科はお好きでしたか。

学者としての今後の夢を教えてください。

三澤 中学の時ですが、理科の先生の影響で、非常に興三澤 与えられるもので何かをやっていると、研究の視味をかき立てられたことがありました。ちょうどその頃、点が変わったり「自分が本当に見たいものは何なのか」

電子レンジが家庭に入り始めで「電子レンジって何で物わからなくなってしまうのではないかという思いが最近が温まるか、お前たち分かるか」って言われて、「何であります。自分が本当にやりたい研究があってそれを達なんだろうな」と。中学生だと分子という意識はないわ

成しようと思うと、自分の基礎研究を産業界にフィードけですよ。だけどその時、分子はどうなると熱くなる、バックし、それをビジネスにして、そこから基礎研究にということをその先生は非常に易しく教えてくれたんでお金をまたフィードバックするようなシステムが必要なすね。
「あー、そういうことなのか」と。

んじゃないかと考えるようになりました。例えばレーザ

それは授業とは離れているんですが、そこからですね「理科って面白い」と思ったのは。

ーシステムが業績を伸ばして、何10億円か研究に投入できるよと言われたら、基礎研究に投入して頂いて、その最近、「なぜ若者が科学に興味を持てないのか」とい研究を思いっきりやらせてもらう。しかしその技術は最ろいろ考えるところがあって、やはり理解できないから終的にビジネスと繋がるような形で３年、５年、10年、興味も持てない。そんなことから近いうちに高校生ぐら20年のタームで、会社の新技術やノウハウにフィードバいが興味を持てるようなフェムト秒レーザー加工の本をックする。もちろん、レーザーシステムのビジネスが上書きたいなと思っているんです。全部正確に伝えようと

手くいけば、私が見て「この研究は面白い」「この研究すると、すごく難しくなっちゃうので、簡単に分かりやは産業に必ず役に立つから出資しましょう」とか、大学すく紹介した本を作りたい。正確なところは大学に入っの他の基礎研究に対してもちゃんとお金を投資して、次て専門的に勉強しますでしょ。でも興味を持ってもらわのビジネスに繋げていく。そんなシステムづくりの一つない限り、大学にも来てくれないのでね。の可能性としてレーザーシステムがあるんですよ。もちろん株主の方にきちんと配当を出しますけどね（笑）
。

――サイエンスの研究へ進まれた一因として、そのよ自分の研究では、量子相関光子に関しては分かっていうな動機づけがあったのですね。三澤先生の専門は光ない部分が多いので、量子相関を持った光子の挙動を見化学ですね。

ること。そこが純粋に見たいところですね。誰も見てい三澤 ええ、私はレーザーが専門ではないんです。化学って言いたいんですね。「こんな新しい現象が見えた」

でも光化学。大学院を出た後、アメリカに２年間博士研ってね。だから「え、そんなこと、あったの」「お、す究員で行って、帰って来た頃に、教科書を読めばほとんごいじゃん」と言われると「じゃ、もっと次」ってこと

ど理解できてしまう普通の光化学現象を追ってもしょうに。 それが新しいことを生み出す原動力になっているがないと思ったんです。その時にもう工業用レーザーもと思うんですよ。

ないので。自分がやった研究をみんなに示して「どうだ」あったし、アメリカ製のフェムト秒レーザーも出始めていて、今、阪大の応用物理の教授をやっている増原先生──「何を見たいか」という強い好奇心が先生の研から「普通の光化学じゃなくて、小さい領域に光を絞り究開発の原動力になっているようですね。今日は普段込んで、そこで何か面白いことが起きるだろうからやっ馴染みがないと思っていたナノの世界と現実世界とのてみないか」と言われて。それはもう非常に小さい領域繋がりを認識できる興味深いお話を伺えました。今後に光を絞り込むので、光の粒が分子にパラパラに当たるも「研究開発とビジネス」の忙しい日々が続きそうで今までの状態とは違うんです。さきほど話したように、すが、さらなるご活躍を期待しております。今日はおものすごい数の光の粒が電子に当たるので、違う現象が忙しいところありがとうございました。

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