CO?レーザーを使った加熱技術を応用し、惑星の内部構造を調査する新たな手法を開発。

※掲载内容（役职名，学年など）は取材时のものです。（现在と内容が异なる场合があります。）

世界初の加熱装置を開発して超イオンを作り出しました。

　学生の顷、「エネルギー问题の解决に贡献したい」という思いから、核融合工学の研究室に所属していました。当时、この分野では、高い温度圧力环境における物质の振る舞いを理解することが重要な课题でした。私は、高温高圧环境下の水やアンモニアが「超イオン」状态になる研究予想があることを知り、强い兴味を抱きました。ここでの超イオン状态とは、酸素や窒素は固体でありながら水素イオンだけが液体のように振る舞う状态のことを意味しています［図1］。しかし、透明な物质を効率よく加热する方法がなかったため、これらの超イオン状态は実験的に确认されていませんでした。

　私は透明な物质を効率よく加热するために、颁翱?レーザーに注目しました。これまで当该分野で用いられてきた近赤外线レーザーとは违い、波长が长い颁翱?レーザーを使うことで透明な物质も含めて、均一に加热できるようになります。私は岐阜大学へ赴任する以前に、颁翱?レーザー光源を２台配备する世界初の加热装置を开発しました［図2］。この装置とダイヤモンドを使った高圧発生装置を用いて、地球内部の代表物质である酸化マグネシウム（以下惭驳翱）を50万気圧の圧力环境で加热したところ、5600℃という超高温度の発生に成功しました。そしてこの温度で、惭驳翱が融解することが分かりました。このことから、惭驳翱が地球内部のマントル^※を构成する鉱物の中で最も高い融点を持つことが明らかになりました。この结果は、内部が溶けていた初期の地球のマントルが固化する进化过程を解き明かす、重要な発见となりました。

図１．液体と超イオンの违い
酸素や窒素が固体のように格子构造を保ち、水素イオンが高速で移动する状态。

図２．颁翱?レーザー加热装置

アンモニアの超イオン研究で得られた知见が贰痴车バッテリーの高容量化に役立つと考えています。

　颁翱?レーザーを使った透明物质の加热実験を成功させた后に、アンモニアの超イオンを探索する研究を行いました。しかし、アンモニアの超イオンが予想される温度圧力环境を作り出すことには成功しましたが、その物质が超イオン状态であることを証明する方法がありませんでした。世界初の状态なだけに、谁もそれを评価することができません。そこで私は「硬さ」に注目しました。液体と固体が混ざったような状态であれば、超イオンは「通常の固体よりも圧倒的に柔らかいだろう」と。レーザーを使った光散乱分光技术を使って実际に硬さを调べたところ、アンモニアの超イオンは液体に匹敌するほど非常に柔软であることがわかりました。そして、このアンモニアの超イオンは、天王星と海王星の内部に存在できることが明らかになりました。これらの惑星は、他の太阳系惑星とは异なり、磁场轴が地轴に対して大きく倾いた不思议な磁场を示します。イオン伝导性があり、かつ柔软なアンモニアの超イオンの存在がこの特殊な磁场の生成に関わっているかもしれないのです。

　私が情热を注いできた超イオン物质は、地球惑星科学の分野だけでなく、私たちの身近な暮らしにも応用できる可能性を秘めています。固体でありながら液体に匹敌するイオン伝导性を持つ超イオンは、次世代电池の电解质材料として期待されています。超イオンを用いた全固体电池は、従来のリチウムイオン电池よりも安全性に优れているため、设计を简略化できて大容量化が期待できます。

令和4年度科学技術分野文部科学大臣表彰「若手科学者賞」受賞

木村友亮助教は、「CO?レーザー加熱技術の地球惑星科学への応用に関する研究」において、この加熱手法が地球惑星科学のみならず幅広い分野で応用されることが期待され、文部科学大臣から表彰を受けました。「若手科学者賞」は、独創的な視点に立った研究など、高度な研究開発能力を示す顕著な研究業績をあげた40歳未満の若手研究者を対象に贈られる賞です。

　今、化石燃料に頼らない脱炭素社会の実现に向け世界中で电気自动车の普及が求められる中で、电池の大容量化が必须とされています。その课题解决のために、アンモニアの超イオン研究で得られた知见が役立つと考えています。
　これまでに培ってきた知識と経験を活かし、学生時代からの悲願である「エネルギー問題の解決に貢献する」という目標を成し遂げたいと思います。