ナノ世界を照らし、測り、操作する「小さな光」研究所
text : 喜多充成 photo : 凸凹卍「小さな光」とは、かすかな光という意味りました」

ではない。詩や文学の世界の話でもない。

大津教授が抱えるモニターの画面には、文字のとおりに「サイズや体積の小さい光」

背後の実験装置の内部が映し出されていを意味する、物理の世界の表現だ。

る。そこでは「小さな光」を使って、原子さらにこの「小さな光」には質量もある。

を1つずつ輸送したりつまんだり選り分け太陽や電灯の光、あるいはレーザー光やたりする実験が行われている……… われ赤外線やX線。われわれが知るこうした光

われの想像を超える「小さな光」という道とは違う、大小や軽重で形容し得る「小さ具を使ったまったく新しいテクノロジーのな光」を、難解な理論物理の世界から現実地平が、今ここで拓かれているのだ。の社会に引き寄せてくれているのが大津元一教授、写真の人物だ。

小さな光は、存在するべき「学生が『そんな光は存在しないことを証明します』とレポートを書いてきたり『大津君、そんな研究はやめたまえ。本当の大津教授は80年代の初め頃、東工大の光とはどんなものか見せてやる』と言われ助手として取り組んでいたレーザー光研究たり。そりゃもうドひんしゅくを浴び続けまのある分野で、世界のトップに立ったことしたよ（笑）
」

がある。周波数を10のマイナス14乗、つと語る大津教授の苦笑はまた、自信

216 +++ iNTERNET magazine +++まり10兆分の1のケタまで安定させるとい満々の笑みにも見える。

う記録を打ち立て、世界の競争相手を1桁「ですが、実験事実があるからしょうがから2 桁上回ったのだった。1 年あまりでない。理論解析もすすみ、この光には質量トップの座はほかに譲ったが、教授自身のがあるとか、湯川型関数（中間子の存在を興味は、1つの峰を極めたことで別のもの予言したノーベル賞物理学者、湯川秀樹に移っていく。

博士にちなむ）で表現できることもわかっ「出力を高めたり、周波数を高めたり、てきた。それで、やっと昨年ぐらいから、安定化させたり、短いパルスを発生させた

そういう話をしてもヘンな顔をされなくなりと、世界中のいろいろな研究者がレー

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ザー光に取り組んでいたが、理論的に新「ナノの力」を使いたいしいものはそこにはなかった。しかし 光の体積 だけは、完全に手付かずの領域だったんです」

218 +++ iNTERNET magazine +++通信用ファイバーの画期的な製造法とし目を付けたのは、物質表面のナノメート

N T T の 茨 城 通 信 研 究 所 で 開 発 され たル（nm：1ミリの100万分の1、1000分の1

VAD法は、近接場光に不可欠なファイバミクロン）の領域にのみ存在する「小さなープローブの作成においても、重要な貢光」、のちに教授が「近接場光」と名づける献を果たしてくれたのである。

特殊な光である。

「温めて引っ張れば、アメリカ製のファイ「波である光には回折限界というものがバーでも先端の尖ったファイバープローブあり、波長より小さい世界を見ることはでができることもあった。しかし100本に1本きない。これがいわば、大きな光です。しでは実験データは出せても産業応用はでかし波長よりもっと小さい光を発生させるきない。日本製のファイバーを素材とし、腐ことができれば、きっと新しい科学技術が食性の高いフッ酸で、100本を100本とも生まれるかもしれない。

狙った通りに尖らせる『レシピ』を確立でそれに、たとえ役に立たなかったとしてきました。ただ、そのレシピでもっとも重も、サイエンスとしてはおもしろいテーマ

要なのは『よい材料を使う』こと、つまりじゃないか、と思ったんです。電磁気学のVAD法で作られた日本製のファイバーを教科書には、それらしいものの存在が書い使うことです。VAD法は現代の至宝だとてある。電磁波の一種である光でも、そ思っています」

れは当然あるはずだし、存在するべきだとこうしてできたファイバープローブを使思った。ニーズでもシーズでもなく、ウォい、ナノメートルオーダーまで尖らせたそのンツだったんでしょうかね」

先端から発生させた近接場光で、通常の80年代半ばには光科学の最先端をいく

光 で は 小 さ す ぎ て 見 え るは ず の な い

米国のベル研究所で客員研究員を務めた。

「DNAのらせん構造」を顕微写真に収め、オリジナリティーの高い基礎研究を奨励

世界をアッと言わせた。そして今、近接場し、ノーベル賞科学者を量産することでも光学はさまざまな技術分野から応用を期知られるベル研究所にいてさえ、「そのテ待されるようになっている。

ーマはやめたほうがいい」とアドバイスさ「遠くから川の流れをみれば、重力に従れることがしばしばだったという。って水は必ず低いところに流れていく。しだが、ベル研究所から帰国した1987年

かし水源に近寄ってみると、地面から水がごろからブレークスルーの兆しが見え始湧き出しているのが見えるでしょう。大きめてきた。

なものを見ているだけでは説明がつかな「ファイバーの先を細く細く尖らせること

い別の物理現象が、小さな世界では起こができれば、その先端の狭い領域に近接っている。ナノテクノロジーの本質とは、単場光を発生させたり測定したりできる。こに小さいものを作ったりすることではなく、れをファイバープローブといいます。ベル

そうした物理現象を積極的に応用してい研究所でアメリカ製のファイバーを使ってくことだと思うんです」

試してどうしてもうまくいかなかったのが、応用分野としてもっとも注目されている

帰国して日本製の光ファイバーでやってみものの 1 つに「次世代高密度光メモリー」

ると、先端がナノメートル単位のオーダーにがある。10 年前に今のギガバイト時代がまでちゃんと尖ってくれるようになってきた

想像もつかなかったのと同様、テラバイトんです」の時代もすぐにやってくる。ある予測では、

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拡散光

近接場光の作り方

照射光

プローブ先端の透明部分プローブ先端部分にまとわりつくように広がっているのが「近接場光」。
不透明な金属膜

光の存在する領域は小さいが、エネルギー密度は10kw/平方cmと非常に高い。
（太陽光（約1kw/平方ｍ）の10万倍！）。
ファイバー後端から送り込むレーザー光の周波数を変える

近接場光ことで、原子１粒１粒をくっつけたり離したりすることができ原子る。こうした「原子ピンセット」としての利用も近接場光研究の大きなテーマとなっている。

ファイバープローブ
特殊な光ファイバーの先端をフッ酸で化学的に侵食させて尖らせた「ファイバープローブ」の電子顕微鏡写真。
大津教授は当初から量産性の高い製造法を模索し、温度や時間などプローブづくりの諸条件、いわば「レシピ」を煮詰めてきた。ファイバーのコア（中心部）とクラッド5μm（周辺部の円心度）や、コアのドーパント濃度分布がミソ。
（写真提供／日本分光）

2010年頃までに1平方インチあたり1テラ

大津教授が構想する、近接場光デバイスもバイトの記録密度を持つメモリーが必要と有力なプレイヤーとしてこの競争に加わろされるようになるという。今の DVD が約うとしているのである。

10GB／平方インチ、ハードディスクも実験

世界初のレーザー光は1960年、T.H.メ室レベルのトップデータが100GB／平方イイマンにより生み出された。20年余を経てンチ。これを10倍にするためには、ディス1982年に登場した「コンパクトディスク」は、ク上の凹凸をレーザー光で拾ったり、磁気これを利用した最初の量産民生品だった。の変化をヘッドで読みとったりするのとは現在ではスーパーのレジのバーコードリー

次元の違うテクノロジーが必要になる。こダーやページプリンターの心臓部、クルマこに近接場光の応用が期待され、さまざまの車間距離を測るレーダーなどにも応用さな企業や研究機関がかかわり、実用化へれるようになっている。もちろん先端科学向けた競争が始まろうとしている段階なのの分野でもレーザーは欠かせない道具であり、そして何より光通信で世界を結ぶ、だという。
また、数千本の光ファイバーの入出力を処理する光ルーターの心臓部としての応用現代社会の基盤を支えるインフラとなっている。

も考えられている。光信号をいったん電大津教授が「小さな光」に取り組み始め気に変換することなく光のまま高速で処理てから20年経つ。今後20年、いや10年のするスイッチの重要性は誰もが認識していうちに、この光を使った「世のなかを大きるが、いざそれをどんな技術で実現するのく変えるモノ」が登場することになるもしかというと、まだ本命は登場していない。

れない。

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研究所データ
大津「局在フォトン」プロジェクト〒194-0004 東京都町田市鶴間 687-1
天幸ビル17 4階
uuu.ae.titech.ac.jp/index-j.html
uuu.just.go.jp/erato/project/okf_P/okf_P-j.html+++ iNTERNET magazine +++219

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