結晶成長学は化学、物理、地学、生物に関連する総合科学

私は結晶成長学という学問の研究をしています。結晶成長学は結晶化のメカニズムを解明したり、結晶化を制御することによって社会に有用な材料を創出する学問です。

2014年にノーベル賞を取った青色発光ダイオードの研究が結晶成長学の研究の一例です。身の回りを見回すと、青色発光ダイオード（半導体）に留まらず、雪や氷、薬、骨・歯、チョコレート、ダイアモンド、スマホのアンテナ材、セメント、触媒、レーザー、蛍光体、プラスチック、さらに世界中で取り組まれているカーボンニュートラルを目指した二酸化炭素の固定化に至るまで、結晶成長が社会に貢献しています。結晶成長学は化学、物理、地学、生物のあらゆる分野に関連する総合科学であり、学術的に各分野の本質を担う重要学問です。

結晶が融ける現象にも謎が多い

ここではいくつかの研究の中で結晶が融けていく様子の研究を紹介します。例えば氷を想像していただいてもわかるように、融解という現象は私たちの日常生活でありふれている現象です。それにもかかわらず、融解現象は実はまだまだわからないことがあるのです。

表面融解と呼ばれる現象によって、融点よりも低い温度で結晶表面が液体でおおわれるということが知られており、この表面融解が皆さんが想像する融解現象の準備現象と信じられていました。

しかしながら、表面融解によって生成する液膜は非常に薄いことから、表面融解の存在を確認することが難しかったのですが、光学顕微鏡の技術が進み、原子レベルの高さを検出できる高分解能光学顕微鏡が登場し、氷の場合の表面融解が世界で初めて可視化されました。

世界初　有機結晶の表面融解の可視化に成功！

ただ、氷は、皆さんもご存じの通り、共有結合、イオン結合、配位結合など複数の結合が存在し、複雑な材料であるため、表面融解の本質がつかめなかったといういきさつがあります。

私たちは、結合の種類が分子間力しか働かない有機結晶に着目し、またさらに高分解能光学顕微鏡を改良し、世界で初めて有機結晶の表面融解を可視化することに成功しました。氷の場合とは全く異なり、有機結晶の表面融解が融解現象の準備現象である証拠をようやくつかみました。

有機結晶の表面融解を初めて観察することに成功した時は「よっしゃー！」と盛大にガッツポーズをとったことを鮮明に覚えています。

構想から8年　想い続けることこそが成功の鍵

私たちは「見えないものを見る科学」をモットーに、光学顕微鏡の力を信じて挑み、有機結晶の表面融解の可視化は構想してから8年後に成功しました。研究アイディアを8年間、誰にも言わず心の中にずっと隠し持っていました。

山口大学に赴任してから何年もお金がなく、そして誰も私がこんな研究をやるとは思われなかったのですが、想い続けることこそがこの研究の成功の鍵だったと私は思っています。振り返ると、苦しい時もありましたが、初志貫徹できてよかったです。