地球は巨大な無機反応炉！～ヒトが地球と継続的に暮らしていくための結晶成長〜
今回は工学部応用化学科の熊谷義直先生にお話を伺いました。物理化学の重要性から結晶成長の面白さまで、学ぶことの大切さや研究の楽しさを感じることが出来る内容になっています。ぜひご覧ください！
お名前：熊谷義直先生
所属学科：工学部応用化学科
研究室：結晶工学・結晶成長
趣味：鉱物採集・読書
物理も化学も両方できないと役立たない
―物理化学は高校の物理や化学で学んだ基礎知識をもとに、物質の物理変化・化学変化後の状態の予測や、変化の自発性について学ぶ学問です。しかし、“物理化学”に対し、物理なのか化学なのか、曖昧な印象を持っている人が多いと言われます。先生から見た物理化学は一体どのようなものなのでしょうか。
“物理化学”と言うと、化学好きの学生にとっては物理が苦手、物理好きの学生にとっては化学が苦手、みたいにとっつきにくいと思われてしまうケースが多いんです。でも何か研究するときに、どちらの科目も扱えるようになっていないと、結局やることが限られてきてしまう。だから、物理化学は「物理も化学も両方できなきゃ実は役に立たないんだ」というメッセージが強く込められている授業なんです。僕はこれが一番重要だと思っています。「知識を総動員していろいろな問題に取り組むための、基礎的な能力が身に付く学問」であると。だから大学生になったら、道具としてひと通り物理化学を身につけて欲しいなあ、というのが、僕が物理化学を頑張って教えている理由です。
―道具、ですか。
そうですね。高校では物理と化学があまりに両極端に違うことをやりすぎていて、全く別のものと捉えられてしまっている。例えば、化学が好きだから化学科だなと思って、いざ大学に入ると、これ僕の嫌いな物理じゃんって困ってしまう。だから、自分は物理がやりたいとか、化学が得意だから化学を専攻する、という考え方でいるよりは、「物理も化学も興味があって、それらを道具として使いこなして研究する為に授業をちゃんと聴くか〜」くらいの心持ちで学生さんがいてくれると嬉しいですね。
―結構、損得の領域なのでしょうか。道具として役立つかどうか、みたいな……
まあ物理化学って損得の学問ですから（笑）。自然界でもそうでしょ、自由エネルギーが増えたら反応が起こらない、減ったら起こる、とか。損得だけで転がっていくからね。そこを僕ら研究者はうまく突っついて、どっちに転がるかなっていうのを制御しなくてはいけなくて、それが難しいことなんだけれど。とにかく言えるのは「いろんな学問を道具として自在に操れている人は、本当に沢山の方面からアプローチできる」ということです。こう考えるとああだけど、こっちで考えるとこうだしって。やっぱり日々の勉強でも研究でもそういう多角性が必要ですよね。
誰も作れないものを自分だけが作れる
―先生から見た物理化学の面白さ、とは何ですか。
僕の研究室でやっている研究は、AlN（窒化アルミニウム）やIII族窒化物半導体、Ga₂O₃（酸化ガリウム）とかの結晶成長（注１）についてなんです。半導体結晶の気相成長ですね。この研究分野ではもちろん物理化学を使いますし、他の分野の知識もいろいろ引っ張ってきます。
―気相成長は「気体状態の原料から種結晶（基板）上に作り出す（成長させる）」試みですよね。結晶が成長する…私が高校生の頃は馴染みのない表現だったように思います。
そう、結晶は成長するんです。結晶は作るのがかなり難しいけれど、自分たちで作れて、すごいなあって始まったのが結晶成長という学問です。地面の中で溶けて引っ掻き回されて、ありとあらゆる組み合わせが試された結果がルビーやサファイアとして出てきているわけです。そういうのを綺麗だなって見ているだけじゃなくて、自分で良い組み合わせがないかを調べるのが醍醐味ですよね。どうにかして目的のものを作れないかなって試行錯誤してね。ただ理屈をこねているだけだと結論は出ないので、最後の最後はやはり実験あるのみです。百聞は一見に如かずって言うでしょ？予言者よりも実行者の方がはるかに偉くって、どんなにこうやれば出来るんじゃないのって言っても、じゃあ本当に出来るのかと言われたらそれまでなのでね。
だから、色々実験を積み重ねていって、その結果として「誰も作れないものを自分だけが作れる、そのやり方を生み出せる」っていうのがとても面白いですね。みんなが出来ることを単にやっているだけじゃ意味無いですし。そういうことがすごく重要だと思うので、後世に伝えられるようにしていきたいですね。
一番の苦手を一番の得意に
―なぜ、物理化学や半導体結晶の分野を専門にしようと思ったのですか。
やりたいことはたくさんあったんですが、一番難しくて苦労したものを必死で勉強してたら、一番得意になっていて。じゃあその分野に行こうかなと思って、研究室の扉を叩いたんです。あとは僕が学生の時に入っていた研究室の先生にも影響されましたね。その先生は猛烈型というか、明日やれることも今日やるみたいな人で、どんどん行くぞっていう感じでした。それで研究室が不夜城なんて呼ばれていたけれど（笑）。まあ楽しくってね、ドクターまで行ってみようかなって思ったのが理由です。
結晶成長の旅路
―研究を続ける上でのモチベーションとは何ですか。
幅広く知識を仕入れる過程でモチベーションが生まれてきますね。2017年に国連で「水銀に関する水俣条約」が発効したのですが、何年も前からその話は聞いていました。水銀がいずれ使えなくなるから、水銀を使っているものを水銀が無くても出来るように全部変えないとならないというのが頭にありました。そこで、水銀から出る光と同等の波長で光る結晶を探すことになって、アルミニウムと窒素を結合させればいいんだ、という結論に至ったんですよ。でもアルミってすごく厄介な材料で、酸素が大好きなんですよ。その一方で窒素はあまり好きでない。だから、酸素が無いところでアルミニウムと窒素をどう結合させるかを考え、反応モデルをつくって検証する…ってやったのが2003年でした。でも2003年当時に学会でその話をしても、ほとんど相手にされなかった。唯一、非常に興味を持ってくれた企業の方がいらっしゃって、「共同研究を申し込むために遠くから飛んできたんですよ」と言ってくださって。すごく嬉しかったです。以後、その方と共同で研究を続けていって、10年目の時に発光ダイオードまで作れたのは良かったです。
を讃えられた賞状）
―研究室の外の廊下にたくさんの新聞の切り抜きが展示されていますよね。多くの研究を積み重ねるうえでの、大きな目標などはありますか。
今まで自分が学んできたことの恩返しというか…研究分野に対して、色々なことを寄与していきたいとは思っています。窒化アルミニウムも酸化ガリウムも、僕らの研究している結晶というのは人類が継続的に暮らしていくためになくてはならない存在です。地球の寿命を出来るだけ長くしていかないといけませんよね。やはり研究している結晶を使ってみんなの役に立ちたいと思いますね。
注釈
（注１）結晶成長とは様々な種類の単結晶を目的に応じて体積増加させること。こうすることで、身近な電子機器に多用されている光・電子デバイスを作製することができる。
最後まで読んでいただきありがとうございました。次回もお楽しみに！
文章：てる
インタビュー日時： 2021 年 6 月 11 日
インタビュアー：もふ食堂
記事再編集日時： 2023 年6月 30 日
※授業の形式はインタビュー当時と変わっている場合があります。何卒ご了承ください。
※インタビューは感染症に配慮して行っております。
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