Interview
Interview　前川禎通　東北大学金属材料研究所教授

物質概念の常識を破り、電子の個性を育て可能性を探る

――権威あるフンボルト賞を2001年に受賞された研究について、ご紹介ください。

　私の研究テーマの１つであるトンネル磁気抵抗効果の研究とスピンエレクトロニクスの基礎の構築への重要な貢献により、ドイツからフンボルト賞を、また、日本では日本応用磁気学会賞をいただきました。
　半導体を中心とする従来のエレクトロニクスでは、電子の持つ電荷の性質をコントロールしています。しかし、電子は電荷の他にスピンという内部自由度を持っています。スピンは磁性の基になるもので、磁石は物質中の電子のスピンがお互いに手をつないで同じ方向に揃った状態です。
　スピンエレクトロニクスとは、従来のエレクトロニクスに電子の持つスピンの性質を加えた新しいエレクトロニクスです。私が２５年余り前に提案したトンネル磁気抵抗効果はスピンエレクトロニクスの出発点になりました。現在、世界中でトンネル磁気抵抗効果の基礎と応用の両方で活発な研究競争が行われています。

――この研究が認められるまで大分時間を要したようですが。

　私は1975年に東北大学から理学博士（物理学）を受け、アメリカのニューヨークにあるIBM, T. J. Watson研究所に研究員として採用されました。そして磁性の基礎と応用の研究をしました。当時の最先端の研究ではデバイスの大きさを1μm（1000分の1mm）以下にすることを目指していました。今でいうナノテクノロジーの世界です。
当時の理論と技術では、新しい発想を出さないとナノテクノロジーではブレークスルーは望めないように思われました。そこで、私たちは毎日毎日議論を重ね、磁性体（磁石）を用いたトンネル素子を考案しました。それまでは、トンネル素子は半導体や超伝導体を用いていましたが、磁性体を用いてトンネル効果に磁石の特性を加えようと考えたわけです。
私は理論家ですが、毎日実験家と一緒に実験室に籠って研究しました。そして、何とか成功したのです。とはいえ、トンネル効果に磁石の特性を持たせることは当時のデバイスの常識とはあまりにもかけ離れている、ということで、ほとんど注目されませんでした。論文を書いてから出版まで５年余りかかりました。この研究が論文として出版されたのは1982年です。論文が出版されてもほとんど注目されなかったのです。
ところが、1990年代半ばになり、ナノテクノロジーが世界の研究のスローガンになりました。1μmよりもはるかに小さなスケールで物質やデバイスがコントロールできるようになり、私の磁性体を用いたトンネル効果の研究が研究の中心に引き出されることになりました。現在、これはトンネル磁気抵抗効果（TMR）と呼ばれ、基礎と応用の両方で大きく発展しています。
研究とは、今まで知られていなかったことをみんなの共通の知識、常識、にする作業です。そのため、常識とかけ離れているほど理解を得るまでは時間がかかります。芸術と同じですね。

――現在、取り組んでおられるのはどんな研究でしょうか。

　基本的には２つのテーマ、遷移金属酸化物の量子現象と磁性体、特にトンネル素子のように微細加工された磁性体の磁気と電気の絡み合いによる新しい量子現象の開発です。いずれも、物質中の電子集団による新しい物性の探求です。電子は真空中では個性のない素粒子ですが、物質中では多くの電子が一緒になってお互いに競争し合ってさまざまな個性を発揮します。それが物質の性質、物性、に反映されます。私の研究は物質中できらりと光る電子の個性を育てて、引き出し、物質の新しい可能性を探ることです。

――その着想の契機となったのは、どんなことでしょうか。

　私の研究に大きな変化を与えたものに、1986年のBednorzとMüllerによる高温超伝導の発見があります。これまで電子を通さない絶縁体の代表格と思われていた酸化物（いわゆるセラミックス）が、非常に高い温度で超伝導になることが見つかり、物質の奥深さを思い知らされました。即ち、物質は金属、半導体、絶縁体と分類され、金属の一部がさらに超伝導になる、といった物質概念の常識が完全に崩されました。
ここで私が学んだことは、電子はお互いに競い合うと思いがけない個性を示すということです。このような競い合う電子集団を取り扱うことは、物理学のいわゆる多体量子力学を研究することで、私たちにとってこれに対する理論的手法がまだ十分ではありません。そこで、これもIBM研究所にいる時に学んだことの１つですが、電子計算機を用いて、研究の新しい方向を作ることに挑戦しています。

――物性理論を研究する難しさはどんな点でしょうか。

　自然は実に多様です。私たちが考えつくことはほんの一部です。１０個の研究をしても成功するのはその中の１つぐらいです。しかし、困難だからこそ、成功したときの快感も大きいわけです。

――ブレイクスルーのための努力はどんなことに傾注されているのですか。

　東北大学の研究のモットーは「実学」ということです。私の場合、実学とは物理学の基礎的な研究を行いながら、常にその先にあるべき人間社会との係わりを見失わない、ということです。それは、役に立つ応用であるかもしれないし、人々に夢を与えるものかもしれません。決して大それたことではなく、常に視点を変えて自分の研究を見てみる、ということです。