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「準結晶」の存在を決定づけた蔡安邦先生が急逝

台湾から日本に来て100種類近くの準結晶を発見、世界の研究を先導した

木村 薫 東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻教授

拡大2011年11月10日に放映されたTV番組「科学朝日」に出演したときの蔡安邦さん
 それは、われわれ「準結晶」研究者にとって、4度目の、しかし非常に大きな悲しい衝撃でした。2019年5月26日からスロベニアで始まった第14回準結晶国際会議の会場に、前日に東北大学多元物質科学研究所の蔡安邦教授が60歳という若さで他界したというニュースが走りました。蔡先生は肺がんと診断され、治療を受けながら仕事を続け、出張先の台湾のホテルで心不全を起こされたとのことでした。世界の準結晶研究を引っ張ってこられた先生の、突然すぎる旅立ちでした。

最初の衝撃は1984年の準結晶の発見

 われわれにとっての最初の衝撃は、1984年にイスラエルのダニエル・シェヒトマン先生が初めて準結晶を見つけたことです。アルミニウムとマンガンの液体急冷合金によるものでした。

 「準結晶」とは、「結晶」、「アモルファス」と並ぶ固体構造の概念です。結晶は原子が「周期的」に配列した固体で、アモルファスは原子が不規則に(液体状態を凍結したように)配列した固体です。これらに対して、準結晶は原子が「規則的」に、しかし「非周期的」に配列した固体です。そして、結晶ではあり得ない、5回対称や正20面体対称といった回転対称性を持っています。

拡大2次元の構造モデル。青い太線で囲んだ菱形が「単位胞」で、矢印が「基本ベクトル」

 2次元のモデルで「結晶」、「準結晶」、「アモルファス」を表したのが上の図です。a)とb)の太線の菱形を単位胞と呼び、矢印を基本ベクトルと呼びます。アモルファスには単位胞も基本ベクトルもありません。結晶では単位胞は一つだけで基本ベクトルが空間の次元と同じになります。この図は2次元のモデルですから、2本です。ところが、準結晶では単位胞は複数ありますし、基本ベクトルも空間の次元数より多くなります。b)を眺めていると、規則はあるけれど、周期的ではないことがわかるでしょう。b)のパターンを発見したのはイギリスの数学者のロジャー・ペンローズで、これをペンローズ・パターンと呼びます。

当初は存在を信じてもらえなかった

 私は、ペンローズ・パターンを研究していた研究室の出身でしたから、シェヒトマン先生の発見には本当に驚きました。しかし、これは液体急冷という特殊な方法でしか作れない準安定相で、その構造に欠陥を多く含む質の悪いものでした。著名なライナス・ポーリング先生は準結晶の存在を否定し、そのほかにも「実際には存在しえない」と考える研究者が少なくありませんでした。

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筆者

木村 薫

木村 薫(きむら・かおる) 東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻教授

1979年東京大学理学部物理学科卒、1984年に同博士課程を修了(理学博士)。大学院時代に所属の二宮敏行先生と仙場浩一氏が、ペンローズ・パターンを研究。1984年から東京大学物性研究所の竹内伸先生の研究室の助手に着任直後に準結晶が発見され、幸運にもすぐに研究開始。1989年に同大学工学部材料学科の井野博満先生の講師、助教授を経て、1999年から現職。

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