URA インタビュー記事

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鈴木 博之

第４回目のインタビューは、2015 年の 6 月に開催した ISSP ワークショップ「物質・材料開発を支える基礎科学」で講演頂いた新日鐵住金の本間上席主幹にお願い致しました。このワークショップでは、産業の現場で直面している問題の中に基礎科学にとっても重要で挑戦的な課題があることを踏まえ、そして大型施設を含む公的研究機関がどのように貢献できるかなどをテーマとして物性研が主催したものです。(物性研だより 55 巻 2 号)本間上席主幹には「イノベーションを支え続ける構造材料であるために」という題目で、まさに世界最先端の鉄鋼開発において物性物理の重要性と今求められている課題について講演頂きました。本間上席主幹は、1987 年に東大・生産研で Nd2Fe14B 磁石の研究で修士を取られ、旧・新日鐵に入社後は方向性電磁鋼板の性能向上など先端鉄鋼材料の研究開発に 30 年近く従事されてきました。海外もスウェーデンに 2 年ほど留学されています。2011 年に文科省へ出向し元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞の企画・立案・実行などに携わられ、産業界から科学技術政策、そして大学等の研究開発状況まで広く知見をお持ちの方です。今回は、ワークショップでの講演内容からもう少し踏み込んで物性物理に対するご意見を頂きました。物性研だよりの読者には鉄鋼材料と聞いて距離感を感じる方も多いかもしれませんが、材料開発の現場の立場から物性物理の研究者への期待として率直なご意見を頂いています。
2015 年 7 月 9 日 新日鐵住金本社にて鈴木─ ワークショップでは、物性物理へ様々な課題を投げてかけて頂いたと思います。
本間─ 大学の先生方に向かって大変失礼であることは百も承知で、いつも言わせて頂いています。文科省に出向して元素戦略に関わった際にも、この調子で福山先生に物性物理に対する疑問をぶつけて怒られました。実は、生産研の修士のときにも物性に関心が強かったので、六本木ではお隣だった物性研に伺って当時助教授でおられた福山先生に同じ調子で質問した事があります。今、材料開発現場での問題解決の中で物性物理に期待することが大きく、是非耳を傾けて頂きたいと思っています。
本間─ それについてはワークショップの際にも少しお話
鈴木─ 具体的な現場の課題だけでなく、物性物理と材料の研究者との間の関係についても問題視されていましたよね。

しましたが、海外では構造材料は物性物理にとってある意
味一般教養としてのリベラルアーツの一つになっています。
構造材料の引っ張り試験、破壊、靱性、塑性などは、海外

本間─ 最初にお話したいのは、お互いがずいぶんと乖離してしまっているということです。物性側と材料側があまりにも離れすぎていて言葉が通じないんです。それが今の物性と材料の間の重要な問題だと感じています。ところが外国では両者が対話できていて、だから問題なのです。の物性物理の研究者は何の分けへだてなく学んでいます。
そのことを専門としている人はほとんど居ませんが、リベラルアーツとして知っているのです。例えば、ランダウ＝リフシッツの教科書には弾性論や流体力学が、量子力学や相対性理論と一緒に収められていて、物性物理のリベラルアーツとして扱われています。残念ながら日本の物性物理鈴木─ 材料の研究者と物性の研究者の交流は確かに物性研でもかなり少ないと思われますが、外国でできているとは、どういうことでしょうか？

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物性研だより第 55 巻第 4 号の研究者が例えば転位と言われても、それ何だっけと言われる方が大半だと思います。また構造材料だけでなく磁石材料の分野でも、磁区や磁歪など同じことになっています。

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材料屋にとって、物性物理の方と話す際に頼りになるべくてしまったことで、西洋の科学技術がとっても素晴らしくリベラルアーツである筈のものが、日本ではそうでなく見えたんですね。特に、おっしゃったように、数学がセッなっていることが大きな壁を作ってしまっています。

トで入ってきたために先端的なイメージが強調されることになりました。ただその影響か、数学が今の物理学の進歩鈴木─ 私は中性子で鉄鋼材料の研究に携わったので転位の足かせになっている点もあると思います。つまり、数学については改めて学びましたが、それが無ければ、とてもに頼り過ぎてはいないでしょうか。数学自体は明らかに未リベラルアーツという認識は無かったです。
（キッテルの固完成な学問で、まだまだ解かなければいけない問題が山ほ体物理を見直すと、最後の章に転位があります）外国でのどある。それにもかかわらず、当時からのコンプレックス

物理やサイエンスの環境を経験すると、日本はどうしてもが未だ残っているのか、数学を絶対真理のように信じて頼科学の文化としての歴史が浅いことに気づかされますが。

り過ぎているように見えてなりません。材料屋からすると困ったことに、数学で語れないものは物理ではないという

本間─ 確かにサイエンスが日本において、文化としては風潮がもたらされていると感じるのです。例えば、引っ張根付いていない様に思います。その点コンプレックスに思り試験でモノが破断する現象に対して、それを適切に記述いがちなことですが、歴史を振り返ると技術力という面でできる数学が無いために、物理の対象から外されてしまっはそうでもないことがわかります。明治維新のときに欧米ています。物理とは「モノノコトワリ」の筈ですから、実に世界に追いつけ追い越せと思ったのは、一部の踊らされ際に破断という事象があればそれに対しても当然物理はあていた革命家だけで、技術自体は日本がそれ程遅れていたるはずです。

わけではありません。例えば 16 世紀頃は日本が世界最先端の技術国であったことは比較的良く知られています。ポ鈴木─ ご指摘されると、確かに材料の研究者と物性物理ルトガル人が鉄砲を持ってきた後、15 年もすると世界の鉄の研究者との間を隔てている問題には、単に基礎と応用と砲の半分が日本で生産されていました。織田信長が山ほどいう研究の方向性の違いという問題ではなく、そのような鉄砲を作って戦に使ったのですが、そのような大量生産がもっと根本的なものがあるのはわかる気がします。

ヨーロッパではできずに、何故日本でできたかと言うと、その時点で日本の鉄が世界最高の技術をもっていたからと本間─ 構造材料についてもう一つ別の話題を。フォン・言われています。その昔、出雲の鉄は大和の青銅に負けたノイマンは私たちにとって非常に身近な人です。鉄鋼材料という説がありますが、その後大和は出雲の鉄を青銅以上の強度靱性は、結晶粒が成長すると劣化しますが、その結に鍛え上げたのです。そういった社会素地があったから鉄晶粒というのは、熱処理と加工の過程によって決まります。

砲が日本でそのスピードで急速に展開したわけです。

結晶粒には結晶粒界というイレギュラーな構造があり、それがマクロには張力を持ち、その張力により結晶粒が大き鈴木─ 確かに言われてみれば、あの時代鉄砲は急速に日くなる。実際のところは、小さい結晶粒がより小さくなり本で広まりましたね。

消滅していくので、取り残された結晶粒が、大きくなっていくように見える訳です。さて、その粒界張力のマクロス本間─ 他にも、日本刀は室町時代に生まれたと言われてコピックな成長挙動の定式化を最初に行ったのがフォン・いますが、今で言う、複層鋼板である事は有名です。マルノイマンです。その後、数学者が成長過程の定式化を発展

テンサイトを軟鋼でくるむものですけど、まさに同じことさせ、私たちが研究開発の場で応用しています。ここで申を、現在経産省のプロジェクトでやっています。経産省のし上げたいのは、数学者が議論を展開していく中で、抽象お役人には、何百年同じことをやっているのか？と皮肉を化を行い、その過程で切り捨てたところが、現実現象との言われることもあります。

乖離になります。その乖離は、実際のところ物理現象なので、物性の理論が必要となってくるのです。「転位」はそ鈴木─ それは技術ですよね。サイエンスという西洋からの典型例で、特に転位における電子論は非常に重要となっ数学を伴った体形はインパクトが強かったと思いますが。てきています。一方、一般に電子論という側面を捉えると、物理・化学も含めて基礎科学の人達が他方面に渡り研究を本間─ まさに、その数学がまた材料屋と物性研究者の乖行っており、本来なら材料の世界に何の抵抗もなく対象と離を生んでいる原因の 1 つと感じています。技術力で見た入ってきても良さそうに思えます。実際、個々の基礎科学ときに、日本にも進んだ面は多数ありました。ただ日本よの研究は世界でも素晴らしいものがありますが、先に述べり数 10 年先に西洋で産業革命が始まり、ちょっと抜かれた材料と物性物理の乖離のために、彼らとつながる事がで■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 4 号

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きない状態です。サッカーでいうと、私たち材料側がこれロピー自体についてのもっと現実の系に解を与える理解がで材料開発に向けて出口へシュートをしようと思っている必要になるわけですね。それを誰が考えるかと言えば、物のですが、ボールが回って来なくて、ゴール前で呆然と待理学者になりますね。っている状態です。材料屋から見ると、非常にもどかしい状態というわけです。でも、ご存知の方は少ないと思いま

本間─ 端的に言えば、鉄鋼における基本となる冶金学とすが、日本の転位論の第 1 人者は物性研におられた鈴木平は熱力学が中心となっていますので、確かにエントロピー先生なんです。という概念を物理屋さんが生んでくれたから今の鉄鋼業があるとも言えます。出雲の鉄が大和の青銅に負けたのは、

鈴木─ 物性物理での電子物性は量子力学をベースに広く青銅をつくるには 800 度で良く、鉄を作るのに 1500 度の研究されていますが、実際の材料における研究への展開は、 温度が必要だったけど、当時は 1500 度が得られなかった電池なども含めてまさに今展開しつつある状況だと思いまわけです。それは熱力学が支配した世界です。更に言うと、す。

ご存知の通り近代になって鉄鋼業のために 1500 度を正確に測定できる温度計を作ろうとしてプランクが量子力学を本間─ 先に数学に頼っていると話しましたが、もう少し生み出しました。そして、熱力学が完備され、それを冶金具体的に言うと、今の物理学科は量子力学科としか呼べな学というところで十分使いこなせるようになったのが近代い状況にある様に見えます。先ほどランダウ＝リフシッツ

鉄鋼業の最初の 1 歩です。そしてその次のステップが加工の教科書のところで話しましたが、流体力学はかつての物技術つまり格子欠陥の制御でした。今、日本の鉄が世界で理学科の範疇でした。流体力学における粘性の問題を解こ勝っているのは、その熱力学と格子欠陥制御を融合させるうとして分子論や化学、量子力学に移っていったのですが、 技術で世界に先んじているからです。例えば、明石大橋に肝心な流体力学がほったらかしになってしまっています。

使われているワイヤーの長さは 4km で直径 1 m です。このワイヤーは一本 5mm の線を束ねたもので、その 1 本の鈴木─ なるほど、そのような視点を持ったことは、お恥

中身を原子顕微鏡で見ると、100 原子の BCC のレイヤーずかしながらありません。と 10 原子の HCP レイヤーが交互に積み重なった構造に本間─ 私がいつも質問することで、なかなか物性物理のなく組織を作り込んでいるわけです。

なっています。そして、その 4km の間、ただ 1 つの欠損も人に理解して頂けないことがあります。それは「温度」や「エントロピー」とは何か？という疑問です。これを質問鈴木─

ワークショップでもお聞きしましたが、そのスすると、大抵の先生はわかりきったことを聞くな、というケールで、ただ 1 つの欠損もなく作り込むというのは大変な感じであしらわれます。材料屋として問いたいのは、物理技術ですね。の解釈ではなくて材料屋が物理を使うという視点で見たときに「温度」が使える形になっていない、と言うことなの本間─

ここで熱力学と言いましたが、今のところこれはです。つまり温度が何を表現しているのかということだとあくまでも道具としてあるだけです。熱力学は現象論であ思います。また、エントロピーについても、物理の方が揃って、メカニズム論ではありません。そこで統計力学に期えたエントロピーを全部足してエネルギーを微分しても現実の温度とはなかなか一致しません。つまり本来熱力学と統計力学は表裏一体で無ければいけないのに、熱力学が捉えているものを統計力学で全て描ききっていないことになり、現実に材料を扱っている現場では使えない代物になっているのです。多分、このたぐいの問題意識は物理の先生には無いように思えます。どうでしょう、エントロピーの理解を今よりも 1 歩進めたものにする方が、コーン・シャム方程式の計算精度を上げることより、ずっとインパクトのある重要なテーマだと思われませんか？
鈴木─ 確かに、これまで話されてきた転位等の材料開発の問題においては熱力学が重要で、それには温度とエント
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待するところがあるのです。何故かと言えば、平衡状態でます。わからない事は何なんだという立場に是非とも立っモノができることはあり得なくて、現実は非平衡で作ってて欲しいのです。材料屋が言うことの現実に目を向けて頂います。製造におけるプロセスは全て非平衡で、平衡からければ、ただ単に応用という括りの話しではなくて、物理の乖離をうまく制御して作っています。だから平衡と非平の方々が置いてきぼりにしてしまった核心的な問題もそこ衡の間に何があるのかそれを理解したい。また、格子欠陥にあると思うのです。

は非平衡な存在ですから、非平衡を統計力学で解くことが基礎研究から実用化に向けては、実用化を妨げる様々なできれば、そしてエントロピーで理解することができれば、 課題が立ちふさがっていて、「死の谷」「ダーウィンの海」
格子欠陥の導入と消滅を制御でき、格子欠陥が消滅した後と表現されています。これも見方を変えれば、研究者にとのトレースとして組織を作り込むことができることになりっては、そこには死の谷ではなくて、研究課題の宝庫の｢山｣ます。こうして組織を制御することができれば、現在考えであって、ダーウィンの海を泳ぎきることによって誰も未られる鉄鋼材料としての最高の高性能をもたらすことがでだ見ない真理の世界が待っているのではないでしょうか？

きます。
鈴木─ その表現はワークショップでもお聞きしましたが、鈴木─

非平衡を理解することの重要性は物性研でも上がってきています。物質・材料の「機能」を研究する上で、材料開発の現場でそのような苦労をされている方の発想として大変面白いと思いました。

励起状態や非平衡状態に踏み込んだ研究が必要と考え、将来計画では分野を横断したグループを作っていく予定です。 本間─

冒頭でも話しましたが、自分が生産研の一学生だ

鉄鋼の最先端の研究にも、非平衡は重要な要素なのですね。 ったときに、物理に憧れもあり福山先生に質問しました。
そのときには、確かに青臭い質問だったかもしれません。
本間─ ご存知のとおり、日本の鉄鋼業界は中国・韓国かその後鉄鋼会社に入って、30 年間、現場のおっちゃんと酒ら追い上げられています。勿論、長い歴史の中で見れば、を酌み交わしながら鉄造りをやってきて、様々な課題を乗中国が栄えれば日本も栄えるという市場の構図がある上で、 り越え、役に立つ素材を世の中に送り出してきたという自これらの国が新しい鉄を学んできていると言う事です。そ負を持てるようになりました。そこで、自分の仕事を改めれは仕方ないとして、日本はとにかく先に行かないといけて振り返ったときに、もし、ここに物性物理があれば、確ない。しかしながら既存の学問体系では行き着くところま実にもっと進歩したに違いないと思うのです。自分が 30 年できてしまっていますので、新しい学問体系を導入しなけたってできなかったことを後輩に乗り越えて欲しいと思うればいけないわけです。今、その中で物性物理に対して非ときに、そこに物性物理があれば確実にできると思うので常に大きな期待をしており、我々の方もそれにむけた努力す。特に、若い研究者の方にも構造材料に目を向けて頂きをする覚悟を持っているのです。ただし、新しい学問体系たいと思います。

を作ることは、問題や課題自体を自ら設定したり作り上げることと同義です。与えられた課題を解くというスタイルから一歩踏み込むことになります。どちらかと言うと、日本の研究者には苦手とされていることだと思います。
鈴木─ これも耳が痛い話しですが、確かに新しい系の発見や新しい課題のコンセプトが日本から発信されるケースは少ないですね。
本間─ 産業界は物性物理に対して要求したい事が数多くあります。でも、その要求があることをまずはわかって頂ければ、応えようとすることもでき、それが世の中を変える原動力になると思います。今、産業界が物理に求めていることを解ければ、世界の最先端に立つ続けることができるのです。私が「温度がわからない」、「エントロピーがわからない」と尋ねたとき、それはおまえの能力が低いからだと言ってしまった瞬間に、その道は閉ざされてしまい■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 4 号

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