名古屋大学理学部・大学院理学研究科広報誌

理

No.2

2

April 2002●●●●●●●寄イン
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２２ ︱
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４︱︱物藤︱︱︱︱︱︱
理
２１ ︱ 学 肇 ３ ２︱序︱２０ 論 ︱
Ⅰ︱
︱
︱︱
︱︱
︱１
４
︱
︱
︱
１
８

特
集
﹁
新
物
質
を
創
る
﹂

時
を
語
る
も
の

｜

坂
田
模
型
誕
生
の
瞬
間

物質の究極はどのような存在なのだろうか。この人類共通の謎に挑む素粒子物理学は、物質の根源を問う物理学の一分野である。坂田昌一博士は、1956年、
このノートの1ページに、素粒子のなりたちについての新しいアイデアをメモした。いわゆる坂田
模型の誕生である。坂田模型では、さまざまな粒子が、陽子、中性子、
そしてラムダ粒子という当時知られていた粒子と、それらの反粒子の組み合わせとして説明される。坂田模型は、素粒子物理学のその後の発展を大きく切り開いた画期的なアイデアである。なお、鉛筆の走り書きの足し算の部分（左下）は、当時発見されたばかりの2つの新粒子の質量をこの模型で説明できる
か試みた跡であり、興味深い。
さ ん だ いちろう

（素粒子宇宙物理学専攻教授三田一郎）

坂田昌一（1911-1970)元名古屋大学理学部教授
恩賜賞・日本学士院賞受賞（1950）。

02

理 philosophia April 2002

南米チリのアタカマ砂漠よりアンデス山脈を望む

理 の エ ッ セ イ●●●●●●

アンデスの雨◆写真の説明右側のページは当時存在が知られていた核子、陽子
N、
Λ）
（P）
、
中性子（N）、
Λ（ラムダ）とその反粒子（P、を6個の積み木として組み合わせ、すべての素粒子をつくる試みが行われている。このノートを基に書かれた坂田模型の論文における素粒子テーブルの一部
は次のようになっている。
名 前

模 型

アイソスピンＩ

奇妙さＳ

π+
π0
π−
θ0
Σ＋
Ξ0

P＋N
P＋P
N＋P
Λ＋N
P＋N＋Λ
Λ＋Λ＋N

+1
0
−1
1
+−
2
＋1
1
＋−
2

0
0
0
−1
−1
−2

素粒子は電荷(Q)以外にアイソスピン(I)、奇妙さ(S)などの量子数をもっている。奇妙さとは当時、西島とゲルマンが提唱した量子数で、電荷、アイソスピン、粒子の数と反粒子の数の差(n)、奇妙さの間にはQ＋＝I＋n/2＋S/2の関係がある。例えばπ 中間子はPとNの束縛状態でI＝1、n＝1−1＝0、S＝0なので電荷は＋1である。左のページの走り書きには西島−
ゲルマン式が満たされているか確認された形跡が残っている。なお、
この走り書きの足し算の部分は、当時発見されたばかりのX0、Y0と名付けられた共鳴状態の質量をこの模型で説明しようとされている点で特（物理学教室坂田記念資料室所蔵）に興味深い。

福井康雄

南米のアンデス山脈の中ほどに、乾燥

小鳥のさえずりがあたりを包んだ。砂漠しきった地域がある。チリのアタカマ砂地帯が、にわかにうるおいある空間に変漠である。年間の降雨量は100ミリメー

貌した。私たちは、生命の営みの妙に心

トルにも満たない。海抜2000メートルをうばわれていた……。

をこえる山々は茶かっ色で、草木もほと

ここで、物語が終われば美しいのだが、んどない。わずかにサボテンが点々とな

現 実 は 次 の 生 き 物 を 用 意して い た 。

らんでいる。

ねずみの大量発生である。

1997年、
ここに事件がおこった。急乾燥したこの一帯には、世界各国の天な豪雨である。ペルー沖にうまれた高温

文台が多い。晴天に恵まれた気候は、宇海域、エルニーニョの影響であった。雨

宙観測にぴったりなのである。天文台にに慣れないこの一帯も、あちこちに川をは望遠鏡があり、ケーブルが電力と観測つくり、山に降った水を懸命に海に流し情報を運ぶ。ねずみたちは、ケーブルを込んだ。道路もズタズタに寸断された。

かじっては各自の歯の長さを調整する。

豪雨からふた月がたった。復旧した道

ねずみと天文学者との戦いが展開された。

路を走る私たちは、突然、山一面が黄色名古屋大学が96年にチリに設置したに染まっていることに驚いた。近寄って電波望遠鏡「なんてん」も、ねずみの害

見ると、名も知らぬ黄色の小花が咲き競っの例外ではなかった。
「なんてん」天文ている。何十年か前、雨の恵みを得た植台には、大学院生と教官がいつも3人く物の種子が、乾燥に耐えてひたすら雨のらい滞在し、マゼラン雲などの星の誕生

再来を待っていたのである。さらに何週を研究している。ねずみ退治用のわな

間かがたつと、一帯は薄いブルーに染まっやブザーを、電子機器のすきまに詰めこた。別の種子の開花である。やがて、小んでチリに発送する作業は、豪雨から5さな羽虫が飛びまわり、つられるように、年たった今も続いている。

福井康雄（ふくい・やすお）
素粒子宇宙物理学専攻教授。1951年、大阪府生まれ。1979年、
東京大学大学院理学系研究科天文学専攻修了。専門は電波天文学。チリ共和国に電波望遠鏡「なんてん」を設置し、星の生まれるガス雲の観測を行っている。

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03

特
●
集
●

新
物
質
を
創
る

新しい物質を創造することによって、これまでは考えられなかった物質理学の可能性が見えてきた。
今回は、
高温超伝導体と、ナノテクノロジーの主役、サッカーボール分子に焦点をあて、名古屋大学理学部での研究成果を紹介しよう。

インタビュー

超
伝
導
が
拓
く
物
質
科
学
の
時
代

︱
佐
藤
正
俊
04

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金属に電気抵抗があることは、理科の授業で習うオームの法則としてよく知られている。電気抵抗の値は、温度が下がると小さくなる。では、
どんどん温度を下げたとき、
最後はどうなるのだろうか。金属中の電流の担い手が電子であることがわかってきた
20世紀はじめ、
そんな疑問をもって極低温の世界を開拓したのがオランダの物理学者H.カマリン・オンネスである。―― 抵抗はどこまでも下がり続けるのか、
それとも電子もいつかは凍りついて電気を運べなくなるのか？―― 実験結果はまったく予想もしていないものだった。水銀の電気抵抗は、

佐藤正俊（さとう・まさとし）
物質理学専攻教授。宮城県出身。1974年理学博士（東京大学大学院理学系研究科物理学専攻）。専門は、超伝導など興味ある物質の開発と物性研究。文部省科学研究費重点領域研究「高温超伝導の科学」（1992−1994）の「電子物性・超伝導機構班」および同「モット転移近傍の異常金属相」（1995−1997）の「銅酸化物の異常金
属相と高温超伝導物性班」班長。また、科学技術振興事業団 戦略的基礎研究推進事業「低次元異常金属の開発」研究リーダー（1996−2001）。

絶対温度＊14.2K（セッ氏マイナス約270度）
で突然ストンとゼロになってしまった。1911年、超伝導現象の発見―物質科学の新しい時代の幕開けである。
その後の研究の焦点の1つは、新しい超伝導物質探索に向けられた。高い温度でも超伝導になる物質があれば、電気抵抗ゼ
ロの夢のような金属が日常的に使えるかもしれない。
しかし、多くの人々の努力にもか

インタビュアー
平島大（ひらしま・だい）物質理学専攻教授。1988年理学博士（東京大学大学院理学系研究科物理学専攻）。専門は、物性理論。広報委員。

かわらず、高温超伝導物質はなかなか発見されなかった。ブレークスルーは、IBMチュー
リッヒのJ.ベドノルツとK.ミューラーによってもたらされた。1986年、彼らはある種のセラミッ
クス（要は焼き物である）
が30Kを超える温

銅酸化物高温超伝導体の科学、物質の科学度で超伝導になる兆候があると報告した。

質の探索が行われ、わずか数年のうちに―― 酸化物高温超伝導体が発見された1986年前後の世界の超伝導研究はどういう状況だったのでしょうか？

最高転移温度は135Kに達した（図1）。新佐藤 より高い転移温度で超伝導になる

この発見がきっかけとなって世界中で爆発的な研究が進み、同じような構造をもつ物

＊1

絶対温度

セッ氏マイナス273.15度を、絶対温度0K（ケルビンとよむ）とする。セッ氏0度は、273.15K。絶対温度から273.15を引けば、セッ氏温度が求められる。窒素の液化温度は、約77K＝セッ氏マイナス約196度。
「高温」
超伝導といっても、日常感覚からはまだまだ低温である。

＜超伝導の応用＞
身近な応用としては、医療用MRI（ magnetic resonance imaging 磁気

しく発見された高温超伝導物質にはみな物質を探す努力は続けられていたのですが、

共鳴画像）に用いられる超伝導磁石が銅原子と酸素原子からなるネットワークがあ

思うように転移温度が上がらず、
悲観的なムーあげられる。これは、年間数百億円のることが知られている。そのため、これら一ドもあったと思います。それまで知られていた核融合実験においても広く用いられて連の物質は、銅酸化物（あるいは単に、酸機構では、転移温度は40K程度までしか上いる。さらに、
リニアモーターカーにお化物）高温超伝導体とよばれている。

がらないのではないかという意見もありました。

酸化物高温超伝導体の発見は、応用

しかし、
日本では高い転移温度をめざすこと研究だけではなく、基礎研究に深く影響をだけにとらわれない研究が盛んに行われ、与えてきている。こうした最新の研究につ多方面から長期的に、根本的問題が取り扱いて、わが国の超伝導研究のリーダーの1

われていました。残念ながら銅酸化物の発人である佐藤正俊教授にお話をうかがった。

見こそ逃しましたが、その当時の日本の研究市場といわれる。また、素粒子実験やいても、超伝導磁石が使われる。しかし、酸化物高温超伝導体以前の超伝導体は、すべて高価な液体ヘリウム（１リットル
当たり約1000円）で冷やさなければ使いものにならず、使い勝手も悪かった。
現在、酸化物高温超伝導体の実用化がはじまりつつある。

方向は間違っていなかったし、その土壌があっ160(K)たおかげで高温超伝導発見以降、日本から重要な成果を出すことができたと思います。

＜BCS理論＞
超伝導の謎は、発見から50年近く経て、1957年にアメリカの3人の物理学者J．
バーディーン、L．
クーパー、J．
シュリー

120

超
伝
導 80
転
移
温
度

()

銅酸化物高温超伝導体

窒素の液化温度()40―― 超伝導現象の本質的な部分は1957
年のBCS理論によって説明されたということですが、
その後も日本で超伝導研究が続けられた理由は何だったのでしょうか？
佐藤 確かに、BCS理論の出現は、超伝導の基本を明らかにしたという意味で、大01900

きな進歩でした。
しかし、超伝導の機構は
1920

1940

1960

1980

2000

年代
図1 1911年の超伝導発見以後の最高転移温度の歴史的変遷。発見から70年たってもたかだか20K程度しか上昇していなかった。銅酸化物高温超伝導体（●）の発見がもたらした衝撃の大きさがわかるだろう。現在では、圧力をかければ転移温度は１６０K程度まで上昇することが知られている。
●は、フラーレンC60を用いた超伝導体（ただし、52Kと117Kの超伝導（図中、括弧がついている）は、現在まだ広く確認されるまでには至っていない）、●はホウ化マグネシウム（MgB2）。

それだけなのかは、よくわかっていませんでした。 また、電子同士の電気的な反発

ファーによって解かれた。この理論は3人の名前の頭文字からBCS理論とよばれ、従来型の超伝導はこの理論によってよく説明される。BCS理論の骨子はクーパー対とよばれる電子対形成にある。通常の金属では電子はバラバラに運動しているが、超伝導状態では2個の電子が対をつくって運動する。これがクーパー対である。では、そもそも同じ電荷をもって互いに反発しあうはずの電子が対をつくるのはなぜだろうか。金属中では、電子は原子がつくる格子の中を飛びまわっている。BCS理論では、この格子の振動が仲立ちをして、力の影響も、理論的にはよく解明されてい2つの電子の間に引力を生じさせるとませんでした。こうした問題は、物質のふ考える。BCS理論の基礎にあるのは、るまいの本質にかかわることだという考え方が日本では強く、その後の超伝導の深い理解につながったと思います。

20世紀になってからつくりあげられた、
量子力学というミクロの世界を記述す
る新しい理論と、この理論に基づく固体中の電子論である。

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05

特集

新物質を創る−自身で作成した銅酸化物高温超伝導体の巨大単結晶（ 卓上の黒いかたまり）を前にして語る
佐藤教授。

したいという空気が日本では強く、その後

佐藤 そうです。ふつう固体中の電子のの超伝導、そして物質のふるまいについふるまいはバンド理論＊2といわれる理論でての深い理解につながったと思います。

よく表されます。バンド理論では、電子が―― 酸化物高温超伝導が発見された直後の盛り上がりは、
大変なものだったそうですね。

えます。バンド理論によって多くの物質が佐藤

なぜ導体（金属）
なのか、あるいは絶縁体

1988年にスイスで行われた国際会

固体の中で「波」として運動していると考議に行く途中で列車に同席したアメリカのなのかが理解できます。半導体などはバある研究者が、「本当に忙しいというのはンド理論でよく説明されます。ところが、酸どういうことか、そのとき知った」といってい化物高温超伝導体はどうもバンド理論でたのを思い出しますが、まったく同感でした。

は到底説明できず、電子は「波」というよ研究者としてはとても幸せでした。

り「粒子」としての性質を強く示します。

―― それだけの盛り上がりの理由はやはり転移温度が高いということだったのでしょうか？
佐藤 当初に研究に加わってきた人の多―― 量子力学では波と粒子の二重性＊3ということがよくいわれますが、ここでもその問題が顔をだすのですね。

くにとって、
やはり「高温」というのが魅力だっ佐藤 電子が波だとすると結晶中全体にたのでしょう。転移温度が77Kを超えると、広がるのですが、高温超伝導体中では電液体ヘリウムではなくてもっと安い液体窒

子は原子位置に1つずつ居座って、お互

素で冷やせばよいので、応用上のメリット

い反発しあって身動きがとれないような状が大きいですからね。でも、はじめから物動けない理学のとても基本的な問題が見つかったと思っていた人も多かったと思います。新
＊2

バンド理論

真空中では、電子はどのような運動エネルギーの値もとることができるが、原子が規則的に並んだ固体中では、ある特定の範囲のエネルギー値しかとることができない。
この特定のエネルギー領域のことをエネルギーバンド（帯）とよび、これに基づいて固体中の電子のふるまいを記述する理論をバンド理論とよぶ。エネルギーバンドが生じる理由は、「波」としての電子の干渉効果にある。

＊3波と粒子の二重性

たな超伝導物質探しにしても、単に2匹目のドジョウをねらうだけでなく、何が本質か動けるを見極めることに興味をもった人も多かったのではないでしょうか。銅酸化物の性質をいろいろ調べていくうち、転移温度より高い温度でも、われわれのよく知ってい図2 電子が互いに反発しあって動けないモット絶縁体状態の模式図（上）。矢印は、電子磁石（スピン）の向きをあらわす。そこから電子をとりさって、
すきま（＝孔、もしくは正孔）をつくると、
そのすきまを使って電子が動き出せるようになり、金属状態に変わる（下）。このとき、電子磁石の向きもばらばらになっていく。

電子などミクロな世界を記述する物理学の理論は、量子力学とよばれる。電子などの量子力学に従う粒子は、あるときは「粒子」（つぶつぶ）
として、あるときは「波」
としてふるまように見える。これを波と粒子の二重性という。

るふつうの金属とは様子が違うことがわかっ
何か本質的に新しい問題なのではないかと態になっています（図2）。このような状態＊4

考える人がさらに増えてきました。

はモット絶縁体といわれています。電子は――われわれの知っている金属というのは
たとえば銅とか金とかのことですか？

このとき全体としてもある特別な磁気的な反強磁性状態

鉄やニッケルのように磁石に引きよせられる物質、ある
いは磁石自身は、強磁性体とよばれる。簡単にいうと、これらの物質中では磁石としての電子がみな同じ向きにそろっている。反強磁性状態では、電子磁石が交互に逆方向を向いてそろっている。

06

理 philosophia April 2002てきました。こうして、
この超伝導の問題は、それ自身小さな磁石のようなものですから、性質をもちます（反強磁性状態＊4）。このままでは電気は流れないのですが、ここからになっていること、
クーパー対のかたち（対

少し電子をとりさるとすきま
（＝孔、
もしくは

称性）
がふつうの超伝導体のものとは違っ正孔）ができて、
それがなんとか動くことがていることなどについては、多くの人の意

できる。すると、電流を運ベる、
すなわち、
金

見が一致しています。はじめのころはまさに属になる、
さらに超伝導を示してしまうとい

百家争鳴の状態で、意見の違いばかりがうわけです。

強調されていましたが、最近はそれぞれの＜中性子散乱＞
中性子を物質にあて、中性子が散乱させる様子から物質の性質を調べる手法。中性子自体も小さな磁石と考えることができるので、固体中の原子（磁気モーメント）の配列や運動を探る手段としてたい
へん有効である。熱中性子とよばれるエネルギーの低いものを使うので、危険性も少ない。物質科学
研究にはなくてはならない研究手段である。現在では、生体情報の研究にも用いられている。国内では、
茨城県東海村の原子力研究所において中性子散乱実験が行われている。

共通点もはっきりし、理論的基盤も見えはじ――ゼロ抵抗で電流が流れる超伝導現
象が、逆に電流をまったく流さない絶縁体のすぐ近くで見つかったということですね。

めました。ただ、新しい枠組みがつくられたと言い切るのにはまだ早いのではないかと思います。要は、電子同士の相互作用をき佐藤 その絶縁体が、バンド理論では記ちんと扱いなさい、ということなのです。
し述できないものだったというところが大事

かし、言うのはやさしいですが、これをきちだと思います。ちょっと極端ないい方をすんと扱うのはなかなかたいへんなことです。

ると、電子の小さな磁石の海の中を孔が動き回るというような、それまでだれも考えたことのないような舞台で、常識を超えた
高い転移温度がでてきたわけです。バンド―― 佐藤先生をはじめとする名古屋大
学理学研究科の人たちはどのような研究をしてきたのですか？

理論の枠組に収まらない、
まったく新しい佐藤 私自身は、
タリウムの2201系とよ枠組が求められたのです。酸化物高温超

ばれる新超伝導物質をはじめて発見し伝導体の発見が、物質科学の将来に決たこともありますが、基本的には新物質定的な影響を与えたといってよいと思いまの開発より、超伝導発現機構の研究にす。

重点をおいてきました。名大グループ全体としてもそうです 。電気抵抗などのマ―― 発見から15年以上たって酸化物高温超伝導体の問題はどの程度解決されたのですか？ その新しい枠組みというものはつくられたといってよいのですか？
佐藤 ふつうの超伝導体と同じようにクーパー対がつくられていることは、すぐに確か

クロな性質を調べるだけではなく、中性子散乱や光の散乱といった手法を使っ

図3 (a)実験で得られた銅酸化物の相図。縦軸
は温度、横軸は正孔濃度。横軸の一番左側、正孔（＝すきま）がまったくないときには、図2（上）に示したような反強磁性のモット絶縁体状態になっている。図2（下）のように、電子を少しとりさって正孔を少し入れる（＝すきまをつくる）と超伝導が現れる。転移温度はるか上から、バンド理論では説明できない異常な性質が見られる。とくに、転移温度より高温でもエネルギーギャップが生じはじめている。
(b)理論による相図（物質理学専攻 黒田義浩
教授、松浦民房教授提供）。実験で観測される特徴をよく再現することに成功している。

てミクロな性 質も調 べ 、酸 化 物 高 温 超伝 導 体 の 全 体 像を確 立
とくに、酸 化 物 高 温 超 伝

められました。その意味ではBCS理論の枠導体の本質を表すと考え内です。ですが、
クーパー対をつくる際のられる相図を提案しました

仲立ちとなるのが格子振動ではなくて、磁（図3ａ）。もちろん、これは気的な相互作用を仲立ちとしていることが他の人たちの研究成果もわかってきました。その磁気的な相互作用

参 考にして描いたものでがとても強いことが高い転移温度の理由

すが、温度を下げていっ

600(a) 実験

することを目指してきました。 温(K)(b) 理論

T0~500K程度

T0

度

400
お
よ
そ
の
温
度

異常な金属相

反
強
磁
性
絶
縁
相

200
磁気励起の
ギャップ様構造
超伝導

0
0

10%
正孔濃度

20%

0
0

TSG
反
強
磁
性
絶
縁
相

超伝導

10%

20%

正孔濃度

理 philosophia April 2002

07

特集

新物質を創る−＊5 エネルギーギャップ
通常の金属では、
もっともエネルギーの低い状態と次にエネルギーの低い状態の間のエネルギー差はほとんどゼロである。ところが、超伝導状態ではこの差はゼロではない。つまり、2つの状態のエネルギーに「とび」（ギャップ）があり、これが超伝導状態の特徴の1つである。BCS理論では、
このエネルギーギャップの大きさは、ちょうどクーパー対を壊すのに必要なエネルギーに等しいとされる。

＊6

巨大磁気抵抗ある種のマンガン酸化物は、適当に条件を整えると、
わ
ずかな磁場によってその電気抵抗の値を大きく変化させることができる。この現象を巨大磁気抵抗（Colossal
Magnetoresistance：CMR）とよぶ。
さまざまな応用の可能性が考えられる。

ように現れてくるかについて、自分たちでの可能性も生じてきていると思います。巨積み重ねてきた成果をベースにして築い

大磁気抵抗物質＊６などがその例です。

た描像が含まれています。

――この図のどこに特徴があるのですか？
佐藤 超伝導の種ともいえるクーパー対が、もうすでに室温付近、あるいはそれより高温から徐々に現れて、「エネルギーギャップ＊5」が高温から見えはじめるなど、いろいろ驚くべき性質をもたらすことがこの図にふくま―― 新しい超伝導物質というと、
フラー
レンC60の超伝導や国内で発見され新聞などでも広く報道されたMgB2の超伝導（転移温度39K）の発見が記憶に新しいところですが、酸化物高温超伝導体とのかかわりはあるのですか？

れていて、興味をひきます。最近、私と同佐藤じ物質理学専攻におられる黒田教授と松ようですし、
また、格子振動を仲立ちとする

MgB2は、バンド理論で理解できる

浦教授のグループがこの相図を理論的に従来型の超伝導と考えて間違いなさそう

うまく説明することに成功しました。私はこです。その意味では銅酸化物高温超伝れは大きな成果だと思います。少なくとも導体とは一線を画すべきかもしれませんが、正しい理解に向かう大きな基盤を与えまし

従来型のもので40K近い転移温度が実た（図3b）。

現したことは、従来型でももう少し高い転移温度に手が届くのではないかと期待さ―― 酸化物高温超伝導体の研究もようや
く終盤に入ったということでしょうか。
この15年をふりかえってみて、酸化物高温超伝
導がもたらしたものは何だったのでしょうか？

08

理 philosophia April 2002

せてくれます。

佐藤 ちょうど大きな隕石が地上に突っ込―― 最後に超伝導研究を含む物質科学
研究の今後の発展の方向について、
聞かせていただけますか？

んだあと、はじけて光る玉を撒き散らした、と佐藤でもたとえるとよいでしょうか。高温超伝導可能性があるので、それが一方の研究推体にかぎらず、その周辺で新しい課題をい進力だと思います。
もう一方で、応用とは

物質研究は応用に直接結びつく

くつももたらしました。その多くは「相互作直結しなくても自然に対する理解を深め用する」電子系に関するものですが、それてくれるような物質科学研究もあります。

らを通して間違いなくわれわれの物質観

幸いなことに酸化物高温超伝導体は両−「物質とは、金属とは何なのか」という理方の要素をもっていて、新物質開発と新解−が格段に深められたと思います。
また、

しい物理概念を築くことが一体となった、物質の作成や測定方法も進歩しましたし、物質科学の新時代の幕開けをもたらしたいろいろな新物質が合成されました。中には、と思います。このような新しい時代においとても奇妙な超伝導物質なども見つかってても、長い目で見れば、自然をより深く理います。残念ながら転移温度は低いので解したいという情熱とこだわりこそが、もっすが。こうした研究の中から新たな応用へとも重要な力ではないでしょうか。

寄稿

フカ
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篠 へへ
原
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久
挑
典
戦

サッカーの祭典、
日韓共催ワールドカップ
ももうすぐ。日本は決勝トーナメントに残れるだろうか？最近ではいろいろな模様のサッカーボールが増えているが、物質科学では五角形と六角形からなるサッカーボール構
造をもつナノスケールの炭素物質「フラーレン」がある。フラーレンの発見後、カーボン・ナノチューブが、さらにその中にフラーレンをとりこんだ「ピーポット」などのナノ炭素物
質が次々と発見された。これらのナノ炭素
物質は、ナノサイエンス・ナノテクノロジーのトップランナーとして現在、注目を浴びている。
これらの新しい炭素物質の現状と展望は
どのようなものであろうか。

C60をはじめとするフラーレンの発見
1960年代後半から、天文学では正体不明の光の吸収スペクトル「拡散星間バンド＊1」
がどのような分子によるものか問題となっていた。一方、
電波天文学者や化学者は、
マイクロ波を用いて宇宙にどのような分子や微粒子が漂っているのかを調べていた。
H.クロトー（サセックス大学）は拡散星間バ
ンドには長い鎖状炭素分子が関連していると予想し、1985年にR.スモーリー
（ライス

＊1

拡散星間バンドは、星のスペクトル中に見られる幅の広い(拡散した)暗線の吸収帯（バンド）をさす。
遠い星から来る光の一部は、星間空間の原子分子などに吸収され、地球まで届かない。そのため、スペクトルの一部が欠け暗線となる。

＊2 マイクロクラスターともよばれる。一般に、数個から1000個程度までの原子または分子の集合体をさし、それ以上を超微粒子とよぶ。フラーレンは炭素のクラスターである。

大学）と共同研究をはじめた。ここから、予想もしなかったフラーレンなどのナノ炭素物
質の歴史がはじまることとなった。
彼らはグラファイ
トに強いレーザー光をあて、多くの炭素原子からなるクラスター＊2を得た。
クラスター中の炭素原子数はいろいろあっ篠原久典（しのはら・ひさのり）
物 質 理 学 専 攻 教 授 。1 9 5 3 年 埼 玉 県 生まれ。
1979年京都大学大学院理学研究科博士後期課程中退。専攻は物質科学、とくにフラーレン、カー
ボン・ナノチューブなどのナノ炭素物質の創製と探索。ナノ炭素物質の基礎研究から実用化研究まで、幅広く研究・開発を進めている。

たが、60個の炭素原子からなるクラスター（C60）
が特別に多く観測された。彼らは実験・議論を繰り返し、C60はサッカーボール構造の安定な分子であると予想した
（図1）。

図1

C60のサッカーボール構造

理 philosophia April 2002

09

特集

新物質を創る−＊3 多面体の頂点の数（V）、辺の数（E）、面の数（F）の間にはV−E＋F＝2の関係がある。詳しくは本誌16ペー
ジを参照のこと。

＊4 「フラーレンの発見」に関し、R.カール、H.クロト−とR.スモーリーの3氏にノーベル化学賞が贈られた。
サッカーボール型のC60は、1960年代後半に芳香族化合物の構造・物性の研究を行っていた大澤映二（当時北海道大学、豊橋技術科学大学名誉教授）
により、非平面の芳香族分子の例として独自に予想されていた。大澤の論文は日本語で書かれていたこともあり、
ク
ロトーたちの歴史的ともいえる1985年のNatureの論文に引用されることはなかった。
しかし、ノーベル賞記念
講演においては、3氏とも大澤の論文を引用している。

＊5 １ナノメートル＝100万分の１ミリメートル＝10オ
ングストローム

モントリオール万国博で半球状ドームを設

革新的材料 ― 金属内包フラーレン

計した建築家バックミンスター・フラーにち＊5の球
C60は直径約1ナノメートル（nm）

なんで、
サッカーボール状炭素分子に「フラー形の「カゴ」である。この「カゴ」の中にはレン」と粋なよび名をつけた。実験開始か

真空の空間がある。この空間に原子を入らわずか2週間での大発見であった。現在れることができたら、フラーレンの構造や性では、炭素原子が集まってできる球殻状質はどうなるであろうか?

物質はC60だけではなく、C80、C90、C100など
大きなものも知られている。

原子を内部に取り込んだフラーレンを「内包フラーレン」という。とくに金属原子を内フラーレンと同じように炭素だけからできている物質に、黒鉛やダイヤモンドがある。
これらの物質は六角形に結合した炭素原子だけからできているが、フラーレンのような球状構造を六角形だけでつくることはできない。実際にサッカーボールを見てみると、20個の六角形と12個の五角形のあることがわかる。オイラーの多面体定理＊3から、五角形が12個あれば六角形が（2個以上の）いくつであっても多面体をつくれることが知られており、C 60をはじめとする一連のフラーレンはこの定理を満足してい

図2

X線回折によるスカンジウム金属内包フラーレ
ンの電子密度分布（赤色はスカンジウム原子）

る。ナノスケールのサッカーボール分子がど包する「金属内包フラーレン」に関してさまのようにつくられていくのか、
フラーレンはざまな研究が進んでいる（図2）。金属内

幾何学の点からも実に興味深い。

包フラーレンの中には、La2@C80、Y2@C82、

C60とその大量合成法の発見後、フラー

Sc2@C84、Sc3@C82（＠は内包を示す）など

レン科学は爆発的に発展し、1996年のノーのように複数の金属原子を内包するもの＊4

ベル化学賞につながった 。現在では、
フもある。どのように内包フラーレンができてラーレンが超伝導体、半導体、さらに強磁いくのかはまだ分っていない。
しかし、C60性体になることも知られている。また。
リチよりも大きなC82やC84などに優先的に金属

ウムイオン電池、燃料電池や光学素子へが取り込まれること、内包原子の種類やの応用も急ピッチに進んでいる。一方、原子数により、
フラーレンのカゴのかたちやHIVウイルスの酵素反応の阻害剤など医学・大きさが変化することが知られており、内薬学への応用にも期待が寄せられている。

包フラーレンの形成に関係していると考えられている。
金属内包フラーレンでは、内包金属原子からフラーレンへ2、3個の電子の移動が10

理 philosophia April 2002

おきている。たとえば、Sc@C 82では、Sc原子から2個の電子がC 82のカゴに移動し、
2＋2−＊6 日本電気基礎研究所特別主席研究員および新素材カーボン・ナノチューブ
フラーレンがナノスケールのサッカーボー

電荷の分布はSc @C82 と書ける。金属

ルであるのに対し、
カーボン・ナノチューブを入れることにより、カゴの表面に電子をは文字通りナノスケールのチューブである。

閉じ込めることができたのである。
さらに、

カーボン・ナノチューブの発見も偶然であっ名城大学理工学部教授（兼務）、独立行政法人産業総合研究所・新炭素系材料開発研究センター長（兼務）。
2002年度恩賜賞・日本学士院賞受賞。

＊7

電子銃ともいう。ディスプレイには赤、青、緑の蛍光管があり、電子エミッタから放出された電子が3色蛍光剤にあたることで、さまざまな色が実現できる。

＊8

金属原子の種類や数を変えることで、カゴた。1991年、当時の研究者の関心はフラーに移動する電子の数をコントロールするこ

レンにのみ注がれていた。このとき、だれも水素を溜め込む材料。電気自動車などで使用される燃料電池では、水素吸蔵材料から取り出した水素と酸素との反応からエネルギーを得ている。

ともできる。このようにカゴ表面が電子過注意を払わなかったフラーレン生成反応＊9剰となった金属内包フラーレンは、ふつうの「副産物」の中から、飯島澄男＊6はカーのフラーレンには見られない電子的性質を

ボン・ナノチューブを発見したのである。

もち、
ナノスケールの電子材料として非常試料表面を探針でなぞる（走査する）と、探針と試料表面の間には、原子のレベルで働く力（原子間力）が働く。この原子間力の情報から、試料表面の様子をナノスケールでとらえる装置。走査プローブ顕微鏡（SPM）の1種。

カーボン・ナノチューブは約1nm（10−9m）の直径をもつ超極細チューブ状分子で、に注目されている。
医学への応用研究も進んでいる。磁気長いものは0.1mm（10−4m）にもなる。カー

共鳴画像
（MRI）
の造影剤はその一例である。

ボン・ナノチューブは軽くて強い新素材で3＋

従来の造影剤は、
ガドリニウムイオン
（Gd ）

あり、
ディスプレイなどの電子エミッタ＊7の材料、がある種の分子で包まれた構造をとって

水素吸蔵材料＊8、原子間力顕微鏡＊9の探おり、体内の状態によって造影能が大きく針などの応用研究が進められている。とく

変化するという問題点があった。ガドリニウに、ナノエレクトロニクスへの応用は非常

ム内包フラーレンを造影剤に用いると、ガドに注目されている。カーボン・ナノチュー

リニウムイオンを安定に保つことができるこ

ブ表 面 の 炭 素 の 六 角 形 の 配 列には 3とがわかり、従来の20倍もの造影能をもた種類ある（図4）。アームチェア型は金属、せることも可能となった（図３）。このような医学への応用はさらに進んでいくだろう。
アームチェア型

ジグザグ型

キラル型
図3

MRI造影剤用の水溶性金属内包フラーレン
Gd@C82(OH)（n n=35〜45）

図4

3種類のカーボン・ナノチューブ

理 philosophia April 2002

11

特集

新物質を創る−

ジグザグ型は、サイズによって金属にも半導体にもなる。このようにカーボン・ナノチュー

ピーポット（フラーレン内包の単層カー
ボン・ナノチューブ）による新しい展開

ブは純炭素物質でありながら金属のようフラーレンとカーボン・ナノチューブは同時にな電気伝導度をも示し、さらに構造によっ生成されるにもかかわらず、
これまでは別々にて電気特性を変化させるユニークな物質

発展を遂げてきた。
しかし、
1998年にペンシルである。この性質を用いたナノスケールのベニア大のグループによって、C 60がカーボン・ダイオード動作も、すでに実験的に確かめ

ナノチューブに内包されているハイブリッド物

られており、直径1nmの超極細線による質が偶然に発見された。
このフラーレン内包

電子回路、
さらには角砂糖程度の大きさ

単層カーボン・ナノチューブは、
その姿から
「ピー

のコンピュータへと夢は広がる。

ポット」（peapod=サヤエンドウ）とよばれている。
金属内包フラーレンを内包したピーポット
は、2000年にわれわれと名城大学との共同研究チームによってはじめて合成された（図5）。このピーポットでは、
金属内包フラーレンからナノチューブへの電子移動により、ナノチューブの電気特性を自在に変化させることができる。
さらに、最近のわれわれとソウル国立大学の共同研究により、
ピーポッ
トのエネルギーバンドが金属内包フラーレ
ンがある部分とない部分で変化することも明らかになった。
「ナノダイオード」が実現できそうである。金属内包フラーレンの電子的性質を変えることで、ピーポットのエネ
ルギーバンドを自由にコントロールすることも可能となる。ナノ・ハイブリッド物質ピーポットによる新しいナノテクノロジーの今後の展開が期待される。
ピーポットの中では、ふつうでは決して見られない金属内包フラーレンの集合や融合のような化学反応をおこすことができることも、最近の発見である（図6）。ナノチュー
ブの空間を用いる「ナノリアクター」内で、さまざまな化学反応を効率良く起こすこと

図5 ガドリニウム金属内包フラーレン（Gd@C82）
を内包するカーボン
・ナノチューブの電子顕微鏡写真（上）とそのモデル図（下）12理 philosophia April 2002ができる。新規物質の合成にも、ナノチュー
ブは大きな役割を果たすことであろう。

図6 カーボン・ナノチューブ内での化学反応（金属内包フラーレンの融合反応）の電子顕微鏡写真（左）とそのモデル図（右）最後に40年以上も前に、
ディック・ファインマンは「将来、電子ビームを用いた数個の原子幅のエッチングができるようになり、それを使うとコンピュータの回路がナノスケールでできるようになる」とナノテクノロジーとナノスケール・サ
イエンスの世界を予言した。21世紀となった今日、
私たちはこの予言の実現に着実に近づいている。中でも、金属内包フラーレン、
カーボン・ナノチューブ、さらにピーポットなどのナノ炭素物質は、電子・電気関連産業、
情報工学、
さらに医療、
エネルギー、
環境問
題にもナノスケールの世界から大きく貢献していくであろう
（図7）。
物理化学研究室ホームページ
http://nano.chem.nagoya-u.ac.jp/

図7 フラーレンとカーボン・ナノチューブを用いたナノテクノロジーの応用分野

理 philosophia April 2002

13

理 の先端をいく Ⅰ
海
底
の
動
き
を
直
接
測
る

鳳の地震がプレートの沈みこみによる巨大地震であることが読み取れる。その後、南海トラフには、十数回巨大地震が繰り返しおきた。20世紀に入って、1944年東南海地震と1946年南海地震がおきた。これらの地震は津波と強震動を引きおこし、西日本の各地に大きな被害を与えた。そして、
現在、次の巨大地震発生が心配されている。
日本列島の地殻の動きは、1200点のGPS観測点により、常時監視されている。
世界でもっとも優れた精度と密度の高い観測網（GEONET）
により、数mm程度の動きも見逃さない。
安藤雅孝（あんどう・まさたか）
附属地震火山観測研究センター教授。1943年秋田県生まれ。1974
年理学博士（東京大学）。京都大学を経て、2000年より現職。専門は地震学。次の南海トラフの地震の兆しをなんとか捉え、できれば発生時間も予測したい。先のことかもしれないが、それに向け研究を一歩でも近づけたい。

せその下にもぐりこむ。西日本の太平洋側

14

理 philosophia April 2002

るようになった。
しかし、この優れた観測網も海底下の様子を知るには力不足である。
日本列島の主な変動は海底下で進行する。

日本列島には、3つのプレートが押し寄

安
藤
雅
孝

GEONETのおかげで、地震や火山活動、
地下でのわずかな土地の変形も捉えられ

海で直接変動を観測することなしには、
日
本列島の動きは理解できない。

に走る南海トラフ（舟状海盆）からは、フィリ

そこで、附属地震火山観測研究センター

ピン海プレートが沈みこむ。フィリピン海プレー

では、海底の動きを測る新しい手法の開トは誕生してから1500万年程度と若く、
ま発を始めた。GPSと音響的な手法を併せだ十分に成長していない。このため、プレー用いた方法である（図２）。まず、海底の動トは薄く重くならず、ゆるやかな角度で日きを監視する「道しるべ」（海底局、図３）

本列島の下に沈みこむ。この形状が、巨を海底に設置する。海底局を取り囲むよ大地震が陸の近くにおこる原因となり、地

うに、何百、何千点で測定し、海底局の位震の被害を大きくする。

置を求める。この手法は、地震の震源や

南海トラフには、巨大な地震がほぼ100

GPS受信機の位置の決め方に似ている。

年の間隔でおこる（図1）。記録に残る最もちろん、船の位置は正確に知らなければ

古の地震は684年におきた。
「地震のために、ならない。キネマティックGPS の手法を用土佐（今の高知市）に津波が押し寄せ、いて、船の位置や揺れの様子を測定中＊

土地が沈み、温泉が一時枯れた」との記

連続的に追跡する。上記のようにして求述が残されている。短い記述の中に、白めた水平方向の位置決定精度は6cmである。上下方向はその2倍程度である。今測（図４）は、多くの謎を解き明かしてくれ

後さらに精度は向上をめざす必要がある。

るはずである。

沈みこむ海洋プレートとそれに抵抗する

将来は、海底ケーブルにより海底局へ

陸側のプレートが接する面が将来の巨大電気を供給し信号を取り出す必要もある。

地震の断層（図1の長方形）である。この

海上局をブイで浮かべ、海底で測定した面の接触の様子はさまざまである。ある場

記録を人工衛星に連続的に送ることも可

所はぴったりと固着、ある場所ではずるず能である。また、複数の海底局を設置し、るとすべるようだ。その中間型もある。この

海底間の距離の変化を精密に測定できような不均質な接触の仕方は、地震へ至るだろう。海での新しい測定方法が、
日本る過程や地震の前兆現象、地震の発生

列島や周辺で進む変動を明らかにする鍵様式などを決める大きな要因である。大断となるはずである。これからが楽しみである。

層の真上で測る広域の海底地殻変動観附属地震火山観測研究センターホームページ

南

ト

海

海
南

移動局（この場合は船）の位置を基準局（この場合は陸上の固定点）に対して精度良く決める技術。複数のGPS衛星から送られてくる搬送波の位相を連続的に追跡して、移動局の位置を決める方法。この方法を用いると数cm程度の精度で相対位置が決めることも可能で、高精度な移動局の位置を必要とする分野で利用されている。基準局の受信データを無線で移動局に送り、両者のデータの電波位相差から相対位置を算出
するリアルタイム方式もある。

GPS衛星

東海

海
南
東

＊ キネマティックＧＰＳ

陸上GPS
固定点

フィリピン海
プレート

海上局

ラ
フ
音響送受信器

0

200km
海底局

南海

東南海

1946
1854

1944
1854

1707
1605
1498

1498

1361

1360

1099

1096

東海

図2 海底地殻変動測定システム
船の位置や揺れは、
キネマティックＧＰＳ＊の手法を用いて決める。
位置の決められた船から、超音波を発信する。海底局は船からの信号を受信すると、信号を船に送り返す。この間にかかった時間
から船と海底局の間の距離を決める。
このような測定を海底局のまわりで数多く行い、海底局の位置を決める。

GPS観測点
海底地殻変動観測点

877

34°

684

図1

32°

南海トラフに発生した巨大地震の時期と位置

赤実線は発生時期が古文書から読み取れるもので信頼性が高い。
青実線は、いまだ意見が一致していないもの、ないし液状化などの現象から推定された地震で、発生時期・位置ともにかなり幅があるものである。ここでは、寒川（1992）
が推定した液状化発生時期の中央値を発生時期とした。地図上の長方形は、将来おきる巨大地震の推定断層の位置（断層はゆるく陸に向かって傾斜し
ている）
を示す。

130°

図4
図3

船上での海底局（赤色）
投入前の点検作業

132°

134°

136°

138°

海底地殻変動観測のための海底局の設置位置案

名大では、
駿河湾、
御前崎周辺、
東海沖、
紀伊半島四国沖の順序で展開する予定である。最終的には、他機関や大学と調整して、機器や手法の開発と観測を行うことになる。

理 philosophia April 200215

理 の先端をいく Ⅱ
不美
思し
議き
な多
多面
様体
体の
の世
世界
界︑

私たちが、
たとえばダイヤモンドを見て美しいと感じるのは、
どういった心の働きがおこっているのだろうか。
私は本物のダイヤモンドなどゆっくり見たことはないが、
プラハのガラス製品の安物の土産物屋で、正８面体のかたちのキーホルダーが、照明を受けて輝いているのに、心をうばわれて、この世のものとは思えな
いような気がしたことがある。
審美眼の貧弱さの問題はともかくとして、一般に私たちが目の前にあるものを美しいと感じる要素の1つに、繰り返し、または対称性といったものがあると思う。まったく雑然と生えている木々よりは、
ある一定の規佐藤肇（さとう・はじめ）

多元数理科学研究科教授。1944年生まれ。東北大助教授などを経て1995年より現職。専門は位相幾何学、微分幾何学。

則で並んでいる植木のほうが、見る人の心にリズム感とダイナミズムを生み出し、美しさを感じさせる。
面がすべて同じ正多角形で、凸な図形
を正多面体という。正多面体では、すべての頂点のまわりは同じかたちになる。
このよ
うなものは、正4面体。正6面体＝立方体、正8面体、正12面体、正20面体の5種類しかないことは、紀元前4世紀ころのピタゴラ
ス学派の学者によって示された。プラトンは
この世界の物質は、空気、水、火、土からなるという「4元素説」を継承し、宇宙を加えた5つと、正多面体のそれぞれを対応させた。
正多面体は5種類しかないということは、＜オイラーの多面体定理＞

佐藤

中に空気を入れてふくらますと球面のかたちになる多面体では

18世紀の数学者オイラーがみつけた定理
を使うとより簡単に証明できる。

頂点の数−辺の数＋面の数 ＝ 2

正多面体の条件から、面は正多角形でとなる。
この数をオイラー数という。

はあるが、2種類以上のものがあらわれてもよいとしたものを準正多面体という。こ肇
16理 philosophia April 2002のようなものの分類は、2000年近くたった
16世紀末の天文学者J.ケプラーによってはじめてなされた。準正多面体はいずれ域的なかたちをだれも知らない。この地球も美しいかたちをしており、正多角形に厚や宇宙のような、
局所的にはn次元の空間

みをつけたようなものを除くと13種類しかと同じ大域的な空間をn次元多様体という。

ない。いずれも、正多面体の頂点の部分

理論的にn 次元多様体がどれだけあるを同じように切り落とすことによってつくるか分類するのが20世紀の幾何学の目標ことができる。

の1つであった。2次元多様体は、オイラー

幾何学で調べられた図形が、また何百数だけで決定されるが、それと同じように、年もたってから炭素原子のかたちとしてみ5次元以上の多様体も分類されて、3、4次

つかったのが、Ｃ60である。数学は理論的元だけに特別な現象がおこることがわかっな推論から、
みつかっていない物質、また、た。この事実は、私たちがなぜ3次元空間

はるかな未来を予測する。

に生きていて、
それ以上の高い次元の空

私たちの暮らしている地球は、近くだけを見るとxy 平面と同じように思えるが、大域間に存在しなかったかということと深くかかわっていると思われている。

的には、球面のかたちをしている。同じよ

私たちが、時間を含めての4次元にしかうに私たちの住んでいる宇宙は、近くだけ存在しえなかった理由の、理論的解明も、を見るとxyz 空間と同じように思えるが、大そう遠い未来のことではないであろう。

準正多面体の例とオイラーの多面体定理
サッカーボールの表面は12個の正5面体、20個の正6面体からなっており、面の数は合わせて32である。また、辺の数
は90、頂点の数は60であることがわかるから、32−90＋60=2
により、確かにオイラーの多面体定理がなりたっている。
他の２つの準正多面体についても、（8+18）−48＋24＝2と（12+8+6）−72＋48＝2とにより、定理がなりたっていることがわかる。

ドーナツ型の多面体
ふくらましても球面にならないものはオイラー数が異なる。この多面体は、5×10＝50の面、5×10＋5×10＝100の辺、5×10＝50の頂点を持っており、オイラー数は0になっている。

理 philosophia April 200217

講 義 探 検 いま気になる あの講義 この先生
大学は研究の場であるとともに、教育の面においても大きな役割を果たしている。
いま話題の講義を、他学科の学生に新鮮な視点でレポートしてもらった。

森 郁恵（もり・いくえ）
生命理学専攻助教授。1957年生まれ。
Washington大学生物医学系大学院博士課程修了。
Ph.D.1998年より現職。専門は、分子神経遺伝学。

︻
分
子
生
理
学
Ⅰ
・
３
年
前
期
︼

森
郁
恵
助
教
授
18

観葉植物と水の流れるオブジェのあるデスク。

線虫C.elegans（正式名Caenorhabditis elegans）

そんな生命力溢れた研究室で仕事に取り組んである。体は透明、全長1mmほどの土壌自活でいるのが、線虫C.elegans（シー・エレガンス）性線虫で、なんと1個の受精卵から959個の細の温度走性の分子機構と神経制御機構につ胞になるまでの全過程と、302個ある神経細胞

いて第一線の研究を行っている、
森郁恵先生だ。

が5000カ所以上でつながっている様子がす

私たちはセーターの襟がチクチクするといっべて明らかにされているという。その様子を記た感覚があっても、それをいつの間にか感じなした本を私も見せていただいたが、正直そのくなっていたり、暗い部屋からふっと明るい部

緻密さに感動すら覚えてしまった。

屋へ出たとき、
まぶしく感じられたとしても、数先生の講義では、生物のさまざまな感覚機

分もすればそのまぶしさを感じなくなっていた

構やその分子機構, そしてその感覚情報が、りすることがある。何気ないことのようだが、よくどのようにして神経系、私たちでいうところの考えると不思議なことに思える。チクチクした脳へ伝わるかといった神経伝達機構、さらに感触を感じなくなったのは、セーターからの刺は線虫C.elegansと哺乳類の感覚に関する分

激が止まったわけではないし、まぶしさを感じ子機構の類似性などについても触れているとなくなったのは、部屋の明かりが弱まったわけいう。チクチクするセーターがなぜ気にならなくではないからである。

無
意
識
の
感
覚
を
意
識
せ
よ

理 philosophia April 2002

なぜ刺激を感じなくなるのかというと、人間なるのか、ということは素朴でありながら、私にとっては新鮮で、
非常に興味深い問いに感じられた。

のもつ感覚機構のうち「感覚順応」という働き（取材・西谷のおかげであるという。つまり「チクチクが気にE-mail m46920a@nucc.cc.nagoya-u.ac.jp
分子神経生物学研究室ホームページ
http://bunshi3.bio.nagoya-u.ac.jp/bunshi0/index.html

ならないように」また「まぶしく感じないように」篤

理学部数理学科3年）

私たちの脳が、そういった感覚をコントロールしているというのだ。
「たとえば、外から聞こえてくる車の音なんかが、ずっと気になっていたら、講義の内容に集中できないでしょ。こんな風に何気ない日常を考えてみると、順応の仕組みがないと、人間は、生きていけないんですよね」と先生は微笑む。このようにさまざまな感覚機

温度

匂い

味

構のメカニズムがわかるということで、私たちの「心」の謎もわかっていくのでは、
とさえ感じ
られた。

感覚受容

私たちの感じる感覚というのは、外界からの線虫C.elegans「刺激」が感覚器官を通して伝達され、脳で処理されることによってはじめて捉えられるのだという。つまり私たちは感覚というものを脳で感じているのだ。先生は「この講義を通して、

情報処理

人間は、
このような無意識的な感覚の受容と順応を絶えず行っている、ということに気づいてほしい」と熱く語る。
先生の研究対象は、エレガントな名前をもつ行動

「地球の上で西へ向かう飛行機と東へ向かう飛行機とを見たら、どっちもそれぞれの方向

他にもブランコのこぎ方やアイスのてんぷら

宇宙から見たらどうですか。地球の自転って飛のつくり方、と話は多岐にわたる。
しかし、
どれ

行機より速いから、東へ向かう飛行機はすご

素粒子宇宙物理学専攻教授。1944年兵庫県生まれ。
1972年京都大学大学院理学研究科修了。専攻は天体物理学で、星の進化、星間物質の構造、銀河の形成、観測的宇宙論と、研究対象をより大きなものに移してきた。宇宙の暗黒時代から初代の天体が誕生する過程を現在の重要課題としている。

︻
現
代
物
理
学
序
論
Ⅰ
・
１
年
前
期
︼

池
内
了
教
授

日
常
を
科
学
の
目
で
見
る

にも物理的要素が隠れているのだそうだ。

いスピードで前方に飛んでいきます。でも、西へ「まず入り口で落語のように学生をひきつけ、向かう飛行機は後ろ向きに進んでいるように見そして思いがけないところに物理があることにえるんです。ある現象も、一点からだけ見るので気づかせる。身のまわりにある物事をさまざまなはなく、幅広い視点から柔軟に見てほしい」。

科学的視点から見る癖をつけてほしい」という大学に入学したばかりの1年生に対して開池内 了（いけうち・さとる）

分けているけれど、摩擦の物理としてはまだわかっていないことが多い」。

に同じスピードで飛びます。でもこの飛行機を池内先生の講義を、一度聴講してみてはどうかれる講義は、決して物理学のすすめだけでだろうか。

はないのだそうだ。考える上でのポイントのおき（なお、現代物理学序論Ⅰは、前半を池内先方と、幅広く柔軟な視点を養うことが目的だ。

生が担当し、後半は物質理学専攻の伊藤繁「野依教授のノーべル賞は、化学物質の右教授と和田信雄教授が担当する。）

手型と左手型という話です。でもああいう右左っ（取材・溝口貴正

ていう問題は物理にもあるし、生物にもあるんです。

天体物理学研究室（理論）ホームページ
http://www.a.phys.nagoya-u.ac.jp/theory/index-j.html

いろいろな分野で共通した問題って多いんで理学部生命理学科4年）

すよ。だからある現象を1つの分野の枠内だけで考えるのではなくて、科学というバックグラウン
ドの中で他の分野とも関連づけて考えてほしいんです」。池内先生の講義では、物理学を通して科学する者としての姿勢を学ぶことができる。
「教員は落語家の精神を持つことが大事」
が池内先生の持論。
「講義にはいくつか話のネタをもっていくんです。その中から学生の興味をひきそうな話題を採りあげる。そして思いがけない視点から話をして学生をギョッとさせたい」。そう語る池内先生の話のネタは身近で日常的な話題ばかり。たとえば包丁にいくつも種類がある理由。
「料理人じゃなくても、普通の家の台所には2、3本の包丁がある。なぜだ
かわかりますか。切るものによって摩擦が違うからです。牛肉と魚と野菜を思い浮かべればわかるように、切るものに含まれている水分や細胞の硬さによって、包丁の刃と切るものとの間に生じる摩擦が違ってくる。摩擦によって細胞を壊すと味が落ちるので、何を切るかという用途によって、使う包丁の刃の角度が違ってくるんです。経験的には野菜用や肉用など使い
イラスト／所ゆきよし

理 philosophia April 2002

19

施 設 紹 介 遺伝子実験施設●●●●

植物ゲノム研究における大きな成果

生物学はこの半世紀の間に劇的な発展◎植物ゲノム研究の中核としてをとげてきた。とくに近年のゲノム生物学

本施設では、全国の植物ゲノム研究の発展はめざましく、数年前には思いもよの中核拠点としての業務や学内外のらなかったヒトや植物の全ゲノム情報が明研究グループの受け入れと支援を行っ

らかにされた。名古屋大学においても理ている。とくに、国際的に高水準のプ

学部、医学部、農学部、工学部などで、遺伝ロジェクト研究をめざし、植物固有の子やゲノムを基礎とする研究が活発に行現象、
たとえば光合成や光周性などわれている。遺伝子実験施設は、学内共同を念頭においたゲノム研究を、理学利用施設として、1984年に創設された。

研究科生命理学専攻の大学院生と力を遺伝子研究のための自動DNA塩基配列

合わせて活発に行っている。植物ゲノムの決定装置やDNAマイクロアレイ解析装置

研究は、新しい農作物をつくったり、地球環などの各種大型設備を備えている。本学

境の保全にもつながる夢のある研究である。

葉緑体ゲノム全構造決定の記念はがき

における組換えDNA実験の安全確保に中
心的な役割を果たすのもその目的の1つだ。

◎ゲノムは生物の設計図

1999年に、新たに「植物ゲノム解析分野」「ゲノムって何？」とよく聞かれる。ゲノムが設置され、既設の「遺伝子解析分野」をとは、生物がもっている全遺伝子セット、す合わせて6名の専任教官で運営している。

なわち生物をかたちづくり、生命活動を支える設計図みたいなものだ。名大祭（6月）◎世界ではじめて葉緑体ゲノムの全塩基配列を決定

や名大見学会（8月）
で施設を公開している。

施設の特筆すべき研究成果は、1986年を扱った簡単な体験学習を計画している。

に世界で最初にタバコの葉緑体ゲノムの

ただし、研究、教育、啓蒙活動をする上で全構造を決定したことである。写真はその本施設が手狭になってきたのが一番の悩ときの記念はがきで、施設見学者の方にプみだ。ゲノムや遺伝子についての疑問やレゼントしている。その後、
イネ、
クロマツ、
ク

質問など大歓迎である。専任教官に電話

ロレラ、
マツバラン、
ヒメツリガネゴケの葉緑や電子メールなどで気軽に問い合わせて体ゲノムの全構造をつぎつぎと決めた。
また、

ほしい。

葉緑体の進化にかかわると考えられている、（遺伝子実験施設教授

光合成を行うバクテリア（シアノバクテリア）

遺伝子実験施設ホームページ
http://www.gene.nagoya-u.ac.jp/about.htmlのゲノム解析もほぼ終了した。これらの解自動DNA塩基配列決定装置

見学だけでなく、中高校生を対象にDNA杉田護）

析結果は植物ゲノム研究における大きな成果である。
植物培養室

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理 philosophia April 2002

トピックス

理学部卒業生の岸、小林、益川の3博士が文化功労者に

平成13年度の文化功労者に本理学部卒業生の岸義人博士、小林誠博士、益川敏
英博士の3氏が選ばれた。
岸博士は昭和12年生まれ、名古屋大学を構成する粒子には必ずそれと対をなす「反粒子」とよばれる、もとの粒子とは逆の特性をもつ粒子が存在する。たとえば電子と対をなす反粒子は陽電子とよばれている。電理学部を卒業後、名古屋大学助教授などを子がマイナスの電荷をもっているのに対し経て、現在ハーバード大学教授。専門は有て陽電子はプラスの電荷をもっている（陽機合成化学。天然に存在するさまざまな化

電子は現在医療に用いられることがある）。

合物を自在に実験室でつくり出すことは人

はるか昔「ビッグバン」とよばれる宇宙創生

類の夢であり、新しい薬品の開発などを通のとき「粒子」と「反粒子」は同数つくり出して、われわれの生活にあたえる影響もはされたはずである。ところが現在われわれ

かりしれない。岸博士は、フグ毒の成分であの世界は「粒子」のみからなっている。一体るテトロドトキシン、制ガン作用のある抗生「反粒子」はどこへいってしまったのか？

物質マイトマイシンなどの合成につぎつぎ

この問題は「CP対称性の破れ」の問題とよに成功したが、中でもイワスナギンチャクとばれている。小林、益川両博士は共同でこよばれるサンゴの仲間のもつ猛毒物質パリの問題を解く鍵を見つけた。物質の最小構

トキシンの全合成の成功（1994年）は、天

成要素はクォークとよばれる粒子であるが、然有機化合物合成の金字塔とされている。

1970年ごろには４種類のクォークがあるこ

パリトキシンはきわめて巨大な分子であり、とが知られていた。小林、益川博士は、
クォー

その構造は1981年から82年にかけて、本クが6種類（以上）あればCP対称性の破れ研究科上村博士と岸博士らの共同研究によっが説明できることを示した（小林・益川模型）。

て解明された。しかし、同じような構造をもその後の実験によって実際に6種類のクォーつ化合物（立体異性体）が無数に存在する

クがあることが確かめられ、また、三田博士（現ため、その人工合成は不可能ではないかと

名古屋大学理学研究科）の提案による新しも思われていた。岸博士はさまざまな合成

い実験によってCP対称性の破れがはっきり手法を開発しながら、10年以上の歳月をかと確かめられ（2001年）、小林・益川模型

けてついに全合成に成功した。ちなみに、の正しさと意義はゆるぎないものとなった。

岸博士は、中西香爾博士（平成11年度文化（平島 大）

ハーバード大学での岸博士。1982年にパリ
トキシンの立体構造が解明されたころ。学生からおくられたバースデーケーキにはパリトキシンの構造式が描かれている
小林氏功労者）、野依良治博士（2001年ノーベル化学賞）とともに故平田義正名古屋大学名
誉教授の薫陶を受けている。
小林博士は昭和19年生まれ、名古屋大学理学部卒業後、京都大学助手などを経て現在高エネルギー加速器研究機構教授。益川博士は昭和15年生まれ、名古屋大学理学部卒業後、京都大学助手などを経て現在
京都大学基礎物理学研究所所長。お二人とも専門は素粒子物理学、名古屋大学素粒子理論研究室の先輩後輩の間柄である。物質益川氏

大学院時代の小林博士と益川博士。そのほかに大貫義郎名誉教授（前列一番左）、
沢田昭二名誉教授（前列左から3人目）の顔も見える

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理学部

交
差
点

同窓生から
理学部卒業生に期待される地域社会での活躍
多治見市長／西寺雅也（にしでら・まさや）

現在は岐阜県多治見市の市長をつとめ、この4月で8年目になります。みなさんぜひ多治見市のHPを一度開いてみてください。そして、
み
なさんのまちのHPも。多分HPの内容が違うことにお気づきになると思います。多治見市のHPは案内・お知らせ型のHPといささか違います。
多治見市ではHPを情報公開、情報提供のツールにしようとつとめています。行政と市民の信頼関係が決して良好ではないことに頭を痛めている自治体は多く、そのため、今「説明責任」が問われています。そして、
大胆に「市民参加」の市政を実現していくためには情報公開、情報提供することが前提になっています。HPもその重要な役割を担っています。
地方分権が急速に進んできた現在は、
これまで中央集権的な枠組みの中で動いていた自治体にとって経験のない時代といえます。国や県に依存した行政から、自己決定、自己責任の行政へと転換していかなければなりません。
それは政策形成能力がその自治体にあるかど
うかで、まちが変わってしまうことでもあります。
かつてのように全国一律、横並びのナショナル
ミニマムの時代から、各自治体が自ら政策を選
んで地域をつくっていく時代へ、
そして市民が自治体を選んで住む時代へと変化が求められているのです。

名古屋のベッドタウンとして人口が増加してきた多治見市も、人口増加が止まったことで開発圧力が急速に失われてきました。このまま推移すれば、「団塊の世代」が極めて多い団地
が市内に点在する多治見市では、その住民が10年後、20年後一斉に高齢化し、ほとんど年
金生活者になってしまうという課題を抱えています。少子高齢化の影響が一挙に顕在化することが予測されることから、多治見市では10
年後、20年後の地域社会がどのように変化し、今から将来に向けて何をすべきか調査研究を始めています。未来に向けて「夢」を描くのではなく、これからの人口減少、少子高齢化に対応していかに自治体が生き延びるかを考えなければならない厳しい時代になってきました。
20年後は、現在、自治体が抱えている事務事業の2分の1、3分の1しか行えなくなると考えて、行政を変えていこうと努力しています。
地域社会や自治体が変わりつつある現在、NPOのような活動は今後、地域を支える大切な力になっていきます。その一方で市民の活動状況を見ると退職後の男性たちの多くが社会的な活動をしていないという実態があり、せっかく優秀な能力や実績がありながら、無為にときを過ごしているとしか思えないケースが見受けられます。超高齢化社会を考えたとき、こうした人材をどう活用し、どう社会に貢献してもらう
べきかは地域を支えるための課題の1つです。
そのとき、理学部の卒業生たちは大いに活躍いただけるものと思います。それぞれ自分の住まう地域で自ら問題意識をもって、活躍してもらえる、活動の場がなければ、自分でつくるという気概をもって、取り組んでもらえることをどの地域も望んでいます（数学科1968年3月卒業）。
多治見市ホームページ http://www.city.tajimi.gifu.jp22

理 philosophia April 2002

キャンパス通信事務部だより全日本大学駅伝に理学部生が出場

ノーベル賞授賞式を垣間見て

化学科4年／木全美帆（きまた・みほ）

事務部経理掛／後藤隆文（ごとう・たかふみ）

平成13年11月4日、第33回全日本大学駅伝対校選手権大会が熱田神宮から伊勢神宮までの8区間、106.8キロで行われた。名古屋大学は3年ぶりの出場、25校中唯一の国立大学であった。
正月の箱根駅伝にも名を連ねる強豪がそろう中で、名古屋大学のタイムは5時間34分46秒、
18位と大
健闘。
この駅伝に理学部から2名が出場した。
な いとう まさた か
1区を走った内藤聖貴さんは物理学科Ux研(宇宙物理学研究室・Ｘ線グループ)に在籍している学部4年生（当時）。
この大会に向け、夏ごろから距離を増やし走りこんできた。卒論などの研究に忙しくても、
必ず夕方からの練習には参加し夜遅くまで練習することも多々あったという。
か が まさや す
8区でアンカーをつとめたのは嘉賀正泰さん。
嘉賀さんはとてもユニークな経歴の持ち主である。
本業は、愛知県立日進高校の数学の先生。全日
本で走ることを目標に休職し、現在は大学院多元数理科学研究科に在籍している。嘉賀さんも練習では距離を増やし走りこみ、
この区間で立命館、福岡、四日市大学に逆転し18位に入る原動力となった。
この大会で東海地区は関西地区の大学に勝ち、今年度の出場枠を3つ獲得したそうである。夢に向かって走りつづける二人をこれからも応援していきたい。

左から、総務部企画広報室・佐藤重明専門員、筆者（後藤）、物質科学国際研究センター・北村雅
人教授、
野依良治教授、紘子夫人、
中村ゆり子秘書

スウェーデン王立科学アカデミーは、
野依良治
先生に2001年度のノーベル化学賞を贈ることを決定し、昨年12月10日、
その授賞式がストックホ
ルム市内のノーベルコンサートホールで行われた。
理学部に来るまでは、私にとってノーベル賞は縁遠いどころか雲の上の世界の話であったが、理学部に来てからは当時学部長でいらした野依先生が候補者であると知り、毎年10月には自分のことのようにその発表を心待ちにするよ
うになった。
日本では、こうした授賞式は厳かと表現されるところだが、ノーベル賞では、厳粛かつ華麗といった表現が適切だと感じた。
授賞式では、
カール16世グスタフ国王から賞をいただかれた野依先生が大学ではこれまで拝見したことのない最高の笑みでこたえられ、
正に「世界のノヨリ」を知らしめる21世紀の幕開けにふさわしい歴史的瞬間だった。この瞬間を間近に拝見させていただいたことは、
この上ない感激であり、こうした役割を与えていた
だいたことに感謝するとともに、事務官としては国際的に活躍される先生方の研究に対する理解をより深め、堅固なサポート体制づくりを推進しようと気持ちを新たにした。

©朝日新聞社 嘉賀正泰さん（右）と内藤聖貴さん（中央奥）理 philosophia April 200223

【研究会・学会スケジュール】

編集だより

アメリカ電気化学会（ＥＣＳ）春季年会「フラーレンとカーボン･ナノチューブの科学」シンポジウム
開 催 日：2002年5月12日（日）〜16日（木）開 催 場 所：アメリカ フィラデルフィア
主催：アメリカ電気化学会（ＥＣＳ）
問い合わせ：篠原 久典 名古屋大学大学院理学研究科 教授
http://www.electrochem.org/meetings/future/201/meeting.htm
TEL：052-789-2482

新規素材探索研究セミナー
開 催 日：2002年5月20日（月）開 催 場 所：ホテルルブラ王山（名古屋市）
主催：新素材研究会
問い合わせ：上村 大輔 名古屋大学大学院理学研究科 教授
http://org.chem.nagoya-u.ac.jp/toku-a/index.html／TEL：052-789-3654

文部科学省科学研究補助金
特定領域研究（Ａ）「未解明生物現象を司る鍵化学物質 第４回シンポジウム」
開 催 日：2002年5月21日（火）・22日（水）開 催 場 所：千里ライフサイエンスセンター
主催：文部科学省科学研究補助金特定領域研究総括班
問い合わせ：上村 大輔 名古屋大学大学院理学研究科 教授
http://org.chem.nagoya-u.ac.jp/toku-a/index.html／TEL：052-789-3654

第2回日本蛋白質科学会年会
開 催 日：2002年6月13日（木）〜15日（土）開 催 場 所：名古屋国際会議場
主催：日本蛋白質科学会
問い合わせ：郷 通子 名古屋大学大学院理学研究科 教授
http://edpex104.bcasj.or.jp/pssj2002/／TEL：052-789-2512

第8回国際天文学連合アジア・太平洋地域会議
開 催 日：2002年7月2日（火）〜5日（金）開 催 場 所：一橋記念講堂（東京）主
催：日本学術会議天文学研究委員会、
日本天文学会、国立天文台
問い合わせ：池内 了 名古屋大学大学院理学研究科 教授
http://www.astro.isas.ac.jp/conference/aprm2002/／TEL：052-789-2427

第2回多元数理国際シンポジウム『Discrete Groups and Moduli』
開 催 日：2002年9月2日（月）〜5日（木）開 催 場 所：名古屋大学大学院多元数理科学研究科
主催：名古屋大学大学院多元数理科学研究科
問い合わせ：金銅 誠之 名古屋大学大学院多元数理科学研究科 教授
http://www.math.nagoya-u.ac.jp/˜kondo/2002workshop.html
TEL：052-789-2815

組織図理philosophiaの第2号をお届けします。今回は「新物質を創る」と題して、高温超伝導とフラーレンを特集しました。
本誌名は、学内の応募作から広報委員会で選びました。生命理学専攻博士研究員の浜田進さんの作品です。
「理」は、理学の理ですが、もともとは「玉の文理、
あやめ（文目）のあることをいう。そのあやめを磨きだすことを理治という」（白川静 字訓）とのこと。そこから、物事に備わった筋道、さらには宇宙の根本、という意味を含むようになったということです。philosophiaは、ギリシャ語で「智（sophia）
を愛する（philein）」からうまれた単語であり、広く哲学を意味します。深く真理を究めんとする理学者の心意気を、感じていただけるでしょうか。
早速、読者の方々から創刊号についてのご意見を多数いただきました。ありがとうございます。大いに参考にさせていただきます。ここでは、
アンケート
はがきの中から、いくつかご紹介します。
●●●○大学での教育の「今」がテーマでとても面白いです（50代、女性）。
○野依さんの記事がインパクト大です。タイミングが良かったですね。広報誌としてスマートで大変良
いと思います。継続を念願します（60代、男性）。
○あの大学がこんなことをするなんて、びっくりした

理学部・理学研究科・多元数理科学研究科・環境学研究科（地球環境科学専攻）
理学部（学科名）

大学院研究科（専攻名）

関連施設等

多元数理科学研究科

数理学科○卒業以来つながりが切れてしまった感があり、非物理学科

素粒子宇宙物理学専攻

化学科

物質理学専攻生命理学科

生命理学専攻太陽地球環境研究所
理工科学総合研究センター
物質科学国際研究センター

地球環境科学専攻○大学の学部が外の社会にアピールすることは、非常に大切。ただし、偉い先生方の自己満足の記

附属臨海実験所事ばかりではすぐにつまらなくなるので、外部の手

生物分子応答研究センター

環境学研究科

常に寂しく思っていました。ぜひ継続して読みたいと思います（40代、女性）。

化学測定機器センター

遺伝子実験施設

附属地震火山観測研究センター
博物館

事務部

年代測定総合研究センター

技術部

地球水循環研究センター

理○年をとってきて、やや難しい感じがあった。もっと
早くからほしかった（70代、男性）。

多元数理科学専攻
理学研究科

地球惑星科学科（30代、男性）。

No.2 April 2002
２００２年４月１５日発行
表紙説明
上：銅酸化物高温超伝導体の1つである（LaSr）（青の丸が銅原子、
2CuO4の結晶構造
緑の丸が酸素原子、
オレンジの丸がランタンまたはストロンチウム原子）。
中：X線回折によるスカンジウム金属内包フラーレンの電子密度分布（本文10ページ参照）。
下：カーボン・ナノチューブ内での化学反応モデル図（本文12、13ページ参照）。

編集発行／名古屋大学理学部・大学院理学研究科広報委員会〒464-8602 名古屋市千種区不老町
TEL 052-789-2394 FAX 052-789-2800
E-mail kouhou@sci.nagoya-u.ac.jp
URL http://www.sci.nagoya-u.ac.jp/kouhou/index.html

厳しい意見も必要では？
（30代、男性）。
●●●

なお、創刊号の講義紹介の講義名「地球環境セミナー」は「惑星環境学」の誤りでした。おわびして訂正します（広報委員会）。

広報委員 山下廣順（研究科長）
郷 通子（評議員）
大峯 巌（評議員）
林 孝宏（数理学科）
福井康雄（物理学科）※委員長
平島 大（物理学科）
斉藤真司（化学科）
舛本 寛（生命理学科）
渡邊誠一郎（地球惑星科学科）
水野昭一（事務長）

制作／株式会社電通

ご意見、ご感想をお待ちしています。
本誌の原稿執筆や取材などにご協力いただける方を求めています。
広報委員会までご連絡ください。なお、ご投稿などの採否については当委員会にお任せください。次号は2002年10月頃発行の予定です。

・本誌記事、写真等の無断複写、転載を禁じます。
・本誌は再生紙および大豆インクを使用しています。