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大学院先进理工系科学研究科 井上克也教授(化学)

広島大学では、「特に優れた研究を行う教授職(DP:Distinguished Professor)及び若手教員(DR:Distinguished Researcher)」の認定制度を2013年2月1日に創設しました。DPは重点的課題に取り組むべき研究を行う特に優れた教授職、DRは将来DPとして活躍しうる若手人材として、研究活動を行っています。

井上克也教授は自身を「化学者」ととらえますが、教授は分野の垣根を超え、一见全く共通点がない科学的コンセプトを组み合わせた学际研究を行っています。教授は20歳の时、分野をまたぐ研究を将来の梦として抱いていましたが、実现できるとは考えていませんでした。

井上教授の主な研究テーマは磁性とキラリティで、ユニークな分子の性质を个々の电子レベルに至るまで、化学と物理学を组み合わせて调査します。

井上教授は现在、広岛大学大学院先进理工系科学研究科の特に优れた研究を行う教授职(顿笔)として、キラリティと磁性の両方を持つマテリアルの性质を研究しています。井上教授の研究室はこれまでに数々の卓越した研究成果を出していますが、教授は「我々の研究室は、普通の化学研究室ですよ」と控えめに语ります。

井上教授は、东京大学での大学院生として研究生活を送ったときに、有机または非金属の材料を使って磁性について研究しました。ある种の有机材料はキラリティという特殊な性质を持ちます。キラリティとは、人间の右手と左手のように、分子の构成は同一にもかかわらず、その镜像を重ね合わせることができない性质のことを指します。教授が大学院生だった1980年代の后半、キラリティを持つ有机分子と磁性を持つ有机分子の両方を组み合わせて研究する研究者はいませんでした。

 

「当时、磁性とキラリティは、科学分野ではまったく违う分野ととらえられていました。そのため、そのどちらかのトピックを选択しなければならなかったのです。学部では磁性を选択し、大学院では他の研究室の様子も见て分野を変えようかと思いました。キラル有机合成の大家であった名古屋大学の野依良治教授と话したところ、野依教授の研究室に来るよう诱われました。大変难しい决断だったのですが、最终的に东大にとどまることに决めました」

井上教授は、キラリティの科学を“右手と左手”の区别がある分子の研究だと説明します。同一の原子の组み合わせを持つ分子でも、“右手”か“左手”かによって全く异なる化学的性质を持ち、医疗分野や工业分野での応用に影响を与えています。

 

野依教授は2001年にキラル分子の研究でノーベル化学赏を受赏し、井上教授は1993年に有机分子の磁性に関する研究で博士号を取得しました。

「キラリティと磁性に関する研究アイデアは消えかけていたのですが、自分の心の奥深くではキラリティについての関心は消えていませんでした」と井上教授は语ります。

博士号を取得したのち、井上教授は名古屋市近郊に位置する冈崎国立共同研究机构(のちの自然科学研究机构)の助教授に就任し、同机构で研究対象を多机能磁性体に広げました。多机能磁性体とは、磁性と电界を同时に持つ物质のことです。

「どうやったら磁性体内で电界を発生させることができるだろうかと考え、キラル磁性体の构造を使うことを思いつきました。1999年当时は谁もキラル磁性体の研究を行っていませんでしたが、2016年の最初の8カ月间に、キラル磁性体についての论文が500本以上出版されています。すごい数です!」と井上教授は、この研究分野の急成长に感嘆します。

井上教授の研究は、同机构に所属していた他の教授との运命的な会话によってさらに広がっていきました。

「私たちはお互いによく知っていたのですが、仕事の后の饮み仲间で、研究仲间という訳ではありませんでした。2002年に彼が职场を去ることになり、最后の晩にお互いの研究分野について语ろうということになりました。彼の専门は理论物理学で私が研究していたキラル物质とは縁远い分野だったのですが、彼が私の研究テーマに惹かれたのです。彼が九州工业大学に异动した后、共同研究を开始しました」

その后、2004年の终わりに井上教授は広岛大学に异动し、教授に就任しました。

「10年间勤务した冈崎国立共同研究机构は気に入っていましたが、环境を変えたかったのです」

理論物理学者の友人との研究は、2005年に共著論文として 国際学術誌“Progress of Theoretical Physics Supplement”に出版され、井上教授にとってはキラル磁性体研究の刺激的なスタートとなりました。ついに、井上教授は、関心を持っていたキラリティと磁性とを結びつけることができたのです。

「キラリティを制御する新规材料の设计にあたっては、磁性または非磁性、金属または非金属のどちらを使うか、といった选択をしますが、これが実験の一番面白いところです。原子をどのように组み合わせるかを考えて、これまで存在しなかったものを创造する訳ですから」

「2005年に论文を出版した时、キラル磁性体はまったく新しいコンセプトでした。今では、世界中で约50の研究グループがこのトピックだけに専念して研究を进めています」(2016年インタビュー当时)

これまで井上教授は、海外のさまざまな大学でのサバティカル(研究休暇)の机会に、国际研究所で共同研究を重ねてきました。

井上教授は2004年より広岛大学に所属し、海外でのサバティカルや共同研究の経験も豊富。

1999年から2005年にかけての初期の論文に加え、井上教授が熱っぽく語るのが、2011年にスコットランドのグラスゴー大学で最先端のローレンツ透過型電子顕微鏡(Lorentz Transmission Electron Microscopy:TEM)を使って得た研究結果です。ローレンツ顕微鏡は、非常に高い倍率で磁区の写真を撮影でき、電子のスピンの向きまでも読み取ることができます。

「キラル磁性体のスピン构造を直接観察できて、惊嘆しました。スピン构造は强固で安定していたのです!観察したサンプルのサイズは20ミクロンでした。これは个々の电子を観察するのに比べれば、量子空间では巨大なサイズです。ですが、すべてのスピンが整列していました。この安定性のため、磁界共鸣や磁気抵抗、光学特性といった、キラル磁性体の新たな性质の数々が検讨できるようになるわけです」

井上教授は、キラル分子について最新の知见が、1方向に透明な材料や、コンピュータプロセッサでの情报伝达の代替法などにいずれ応用されるようになると考えています。未来のコンピュータは、电子信号の代わりに磁性キラリティの“右手と左手”に基づく磁気信号を使う可能性もあります。

かつてキラリティと磁性がそうであったように、一见縁远いように见える异分野の研究を组み合せることによって、キラル磁性体の応用分野が広がるでしょうか、という问いに対し、井上教授はためらいなく「もちろんです。そうした可能性は十分あります。実现するのを见たいですね」と答えました。

井上教授の研究グループのウェブサイトは、日本语?英語?中国語でご覧いただけます。

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キラル磁性分野を急成长させるきっかけとなった井上教授の论文全文に関する引用情报の详细は以下の通りです。

Kumagai H, Inoue K. A chiral molecular based metamagnet prepared from manganese ions and a chiral triplet organic radical as a bridging ligand. Angewandte Chemie-International Edition, 38, 11, 1601-1603, 1999.

このインタビューによるオリジナルの記事は2016年9月に広島大学研究企画室所属のCaitlin E. Devorが執筆したものです。井上教授の写真は広島大学広報グループの提供で再利用しています。本記事の内容を再利用する場合は、広島大学への帰属を明記してください。

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