若手研究が世界を変える!

【薄膜・表面界面物性】

層状物質

厚みは原子1つ分でも、驚くべき性質

世界が注目する「層状物質」にスパコンで迫る

南谷英美先生

 

分子科学研究所

総合研究大学院大学 物理科学研究科 機能分子科学専攻

 

 出会いの一冊

フラーレン・ナノチューブ・グラフェンの科学

齋藤理一郎(共立出版)

層状物質について研究を始めるときに最初に読みました。後半は専門的な物性物理の内容ですが、最初の1〜2章はグラフェンの発見の歴史や最近の展開なので、専門知識がなくてもこの分野の概要について知ることができるかと思います。

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 世界を変える研究はこれ!

世界が注目する「層状物質」にスパコンで迫る

原子や電子の動きから物質の特性を知る

私の専門は物性物理学という分野です。身の回りの様々な材料の特性、電気をよく流すとか磁石になるのはなぜか、そうした特性をもっと伸ばすにはどうしたらいいかを研究する分野です。

 

実験と理論の2通りの研究方法がありますが、私はスパコンなどを使ってシミュレーションを行い、量子力学に基づいた原子や電子の振る舞いを調べるアプローチをとっています。

 

シートのような「層状物質」

 

物性物理学の対象は非常に広いですが、最近私が興味を持っている対象の一つが層状物質です。

 

化学の授業でお馴染みの面心立方格子や六方最密構造などは3次元的な構造をしています。層状物質はこれらとは異なり、2次元のシート状の構造を持っています。

 

代表例がグラフェンと呼ばれる、炭素原子が6角形の二次元格子を組んだ物質で、黒鉛からスコッチテープで剥離することで作れます。

 

世界中で層状物質の新物質、続々と

 

原子1つ分の厚さしかない物質が安定に存在すること自体も興味深いですが、さらにグラフェンの中の電子がニュートリノと同じようなエネルギーと運動量の比例関係を持つなどの、驚くような性質を持っています。

 

グラフェンの発見後、こうしたユニークな特性を持つ層状物質が他にもないかという研究が世界的に行われ、毎週・毎月のように新物質が報告されています。

 

私はこれらの層状物質内での電子と原子の振動のあいだの量子的な相互作用を調べることで、すごく高効率な電子デバイス材料を見つけたいと思い、研究を進めています。

 

平成31年度科学技術分野の文部科学大臣表彰・若手科学者賞を受賞した際の表彰式にて 

 

 きっかけ

◆テーマとこう出会った

 

層状物質の研究を始めたきっかけは、研究者間のネットワークです。走査トンネル顕微鏡という量子力学的効果を使ってモノの表面を原子スケールで観る実験技術があります。ある時その実験グループに「シリコン原子版のグラフェンのようなものを作れた」と綺麗な6角形様のパターンが現れた像を見せてもらい、印象深かったので、物性をもっと調べてみようと実験・理論の共同研究を始めたのがきっかけです。ですから、いろいろな研究者とコミュニケーションを持つことがテーマを見つけるときには重要だと感じています。

 

 先生の分野を学ぶには

「薄膜・表面界面物性」学べる大学・研究者はこちら(※みらいぶっくへ)

 

その領域カテゴリーはこちら↓

16.材料」の「65.薄膜、磁性」

 


 注目の研究室や研究の大学へ行こう!

川合眞紀

分子科学研究所 所長

【走査トンネル顕微鏡を用いた表面化学研究】世界レベルで有名な女性研究者です。職業として研究者を選ぶときに影響を受けました。

川合先生のページ


Thomas Frederiksen

Donostia International Physics Center(ドノスティア国際物理学センター)

【分子デバイス・ナノ架橋系における電気伝導の理論研究、シミュレーションコード開発】研究に対するオープンマインドな姿勢、国際共同研究活動の活発さについて学ぶところが多いです。

Frederiksen先生のページ

 


 南谷先生の研究・研究室を見てみよう

研究室にて

 

 中高生におススメ

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 先生へ一問一答!

Q1.18歳に戻って大学に入るなら何を学ぶ?

コンピュータサイエンス。系統的に勉強していないですが、仕事で必要な場面が多いので。

 


Q2.一番聴いている音楽アーティストは?

Children of Bodom。修論・博論のストレス解消で聞き始めましたが、解散してしまうようで残念です。

 


Q3.感動した映画は?印象に残っている映画は?

『マッドマックス 怒りのデス・ロード』

 


Q4.熱中したゲームは?

『Sid Meier's Civilization V』。時間があっというまに溶けます。

 


Q5.大学時代の部活・サークルは?

奇術研究会。今は何一つ奇術できません。