91视频

2021秋号

辉け！京大スピリット

眼では见えない量子の世界
磁场をあやつり物性をあぶりだす

第13回京都大学たちばな赏
村山阳奈子さん（理学研究科博士后期课程2回生）

村山阳奈子さん

案内された実験室には、用途の想像すらつかない装置がずらり。目に飛び込んできたのは、ドラム缶のような形状の円筒型の実験装置。「磁場を発生させる超伝導コイルです。稼働すると近くの椅子が引き寄せられるほど強力ですよ」。装置を囲むバリケードテープをくぐり、村山阳奈子さんは慣れた足取りで奥に進む。「物質に磁場をかけると、磁気トルク量という回転力が生じます。これを測定し、磁気を帯びた物質がどのような性質をもつのかを探っています」。

村山さんが探究するのは、物质の最小単位とされる电子や原子の世界。20世纪初头に量子力学が诞生すると、古典物理学の枠では説明できない现象が次々と発见され、コンピュータなどの技术の础となった。「所属する量子凝缩物性研究室は、极低温环境での电子の动きに着目しています。热ゆらぎの影响が最小限になるので、物理量を精密に测定できます」。数ある物质から、村山さんの研究グループが选んだのは铜酸化物。冷却すると电気抵抗のなくなる「超伝导」を示す物质として30年以上も前に报告されながら、超伝导の発现机构は未解明のまま。

物质中の电子の状态を调べるときに活跃するのが冒头の超伝导コイル。しかし、测定する物质は约100μ尘と小さいうえ、わずかなズレや条件の违いで、结果は大きく変わる。「试行错误をしながら装置を工夫し、磁场の向きを厳密に调整できる环境を整えました」。クールな语り口ながらもほころぶ颜からは、安堵と喜びがこぼれる。

実験で得たデータの解釈も、研究の大事な柱。「データが意味することを読み取らなければ、论文になりません。専门分野の违う研究者との议论が大きな助けになりました」。実験と理论との両面を积み重ね、铜酸化物が超伝导状态に近づく过程で、物质中の电子が特殊な配向を示すことを発见。优れた研究成果を挙げた若手女性研究者を顕彰する、京都大学たちばな赏の受赏につながった。村山さん曰く、量子の世界とは「无数の电子が相互作用し、常识や直感では想像できない复雑な现象が起こる世界。予想外の物性はまだまだ隠れているはずです」。

最先端の测定技术を夸る研究室で研钻（けんさん）を积み、测定のイロハを叩き込んだ村山さん。量子物性の分野では、半导体、高温超伝导など、数十年おきに新トピックが现れ、そのたびに実験で扱う物质のトレンドも変化する。次なる目标は、「オリジナルの研究」だと意気込む。「実験技术の进歩で物性测定が容易になり、测定だけでは差别化をはかりづらくなりました。これまでの実験试料は协力机関から提供を受けたものでしたが、试料の开発にも挑戦し、自分だけの研究を打ち立てたい」。摩訶不思议な世界の一端を解明し、求心力を増す村山さんの磁场。次に引き寄せられるのはどんな物质だろうか。