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理論物理学と計算物理学を両輪に、電子が生み出す量子現象の研究
――ご専門の物性理論とは、どんな学問でしょうか。
物理学は大きく分けて２つの方向があります。１つは、自然を最小単位まで分解して自然の究極の姿を追及するもの、もう１つは、自然を構成する素粒子の集団が生み出す性質を理解し、自然に働きかけようとするものです。
前者の代表が素粒子物理学または高エネルギー物理学と呼ばれるもので、後者の代表が物性物理学です。私の専門とする物性理論は後者に属し、理論物理学と計算物理学の手法を用いて、物質中の電子の集団が生み出す量子現象を研究しています。
量子現象という専門用語が出てきましたが、これには説明が必要ですね。原子や分子などのミクロな世界は、私たちの手にすることのできるマクロな世界とは違った法則に支配されています。この法則が量子力学です。このミクロな法則は物質を構成する原子の組み合わせを選ぶことにより、あるいは物質をナノメータのスケールで加工することにより、マクロな世界にも顔を出します。超伝導や磁性は量子物理学の世界がマクロに現れる代表格で、私の研究対象です。
――先生が取り組まれている研究は、どんな内容なのでしょうか。
物質中の電子の集団が生み出す量子現象を引き出すこと。それが私の研究です。具体的には２つの大きなテーマを取り上げて研究しています。
１つは、遷移金属酸化物の超伝導です。遷移金属酸化物とは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕといった遷移金属イオンと酸素から出来ている物質です。遷移金属イオンは磁性を示しますが、それが酸素と結合して化合物を作るとさまざまな不思議な性質を示します。超伝導もその１つです。特にＣｕイオンと酸素の化合物は非常に高い温度で超伝導になる、いわゆる高温超伝導体です。高いと言ってもマイナス100℃よりも低い温度ではあります。
理論的には磁気を持つイオンが酸素と結合することにより性能の良い超伝導になるのはなぜか、ということ、また、応用上は、さらに高い温度で超伝導になる物質を開発することにより、磁気浮上列車やＭＲＩなどの医療に利用することを目指しています。
もう１つのテーマは磁性を示す物質（いわゆる磁石）中の電気の流れの研究です。磁石の中の電流（電子の流れ）は磁性に強く影響を受けます。すなわち磁気と電気がお互いにミクロに影響し合い、新しい量子現象が現れます。例えば、２つの磁石で薄い電気を通さない絶縁体を挟むと、トンネル効果と呼ぶ量子効果のために電気が絶縁体を通って２つの磁石の間を流れます。この時、電気の流れは２つの磁石のお互いの向きに強く依存します。これをトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）と呼び、私が２５年余り前に初めてその可能性を提案した現象で、現在、理論的にも応用上でも非常に注目されている量子現象です。これが私のもう１つのテーマです。
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