１月２３日（木）

東京農工大学 大学院工学研究院 先端物理工学部門　准教授　宮地 悟代　先生

第11回講演タイトル： モノに強い光を当てるとどうなるの？〜高強度レーザーパルスの作り方と活かし方〜

講義概要

レーザー光は、真空中でも水中でも進むことができ、指向性に優れ、nm~μmサイズにまで小さく集めることもでき、フェムト秒（10の-15乗秒）やアト秒（10の-18乗秒）の時間範囲にのみ存在させることもできる風変わりなエネルギー媒体である。光の波としての性質を上手く操ると、瞬間的ではあるが自然界ではなかなか現れないような高い電磁場強度を持ったパルス光を作ることができる。では、この強い光を物質に照射すると何が起こるのだろうか？この問いに実験を通じて答えられるようになったのは1960年にレーザーが発明されて以降であり、2018年のノーベル物理学賞受賞対象成果の関連技術である「チャープパルス増幅技術」が1980年代に発明されてブレークスルーが起こった。以降、基礎物理の解明だけでなく、その知見を利用した新たな産業技術の開発も益々の発展を見せている。本講義の前半では、演示実験を交えつつ、パルスの概念から高強度レーザーパルスの作り方を紹介する。後半は、そのパルス光を使った様々な応用例と、講師が取り組んでいるレーザーによる微細加工について紹介する。

キーワード

超短パルスレーザー、微分・積分、フーリエ変換、光と物質との相互作用、レーザー加工

レポート課題

以下の3つ問いに対する回答を、与えられたスペース「いっぱい」に書いてください。

1. 超短パルスレーザーと連続波レーザーの違いについて述べてください（時間特性、周波数特性など）。
2. 本講義の中で最も興味深かった事柄を１つ挙げ、興味を持った理由と自分なりの考察を述べて下さい。
3. あなたが強い光を発生できたとすると、何に使いたいですか？実現可能かどうかは二の次にして、自分なりに考えたことを述べてください。

見学日程

• 2月21日(金)

１月１６日（木）

学外研究施設見学ガイダンス

１月９日（木）

東京大学大学院総合文化研究科　助教　岡澤 厚　先生

第10回講演タイトル：有機ラジカル・遷移金属錯体の磁性―分子で作る磁石―

講義概要

身近な磁石は、砂鉄(主として四酸化三鉄:Fe3O4)や高性能希土類磁石(ネオジム磁石など)を始めとする金属・合金・セラミックス材料の「無機磁石」である。何故、有機物を主体とする分子結晶の磁石は世に出てないだろうか？実は学術研究界では、有機物や金属錯体(有機物が金属イオンと配位結合した化合物)による磁石：「分子磁石」が1987年に発見され、大きな研究分野を形成している。日本もこの分野を牽引してきており、世界初の純粋な有機物からなる磁石は日本で発見された。しかし、従前の無機磁石にない革新的な機能性が期待されながら数十年経つ今でも、応用に至るまでは長く険しい道が残されている。その原因の一つは磁気転移温度(磁石の動作限界温度)が室温より遥かに低いことである。解決には、「如何に上手く電子スピン(量子の世界の棒磁石)を結晶中で並べるか」を分子レベルで考える必要がある。本講義では、分子磁性の簡単な講義を展開しながら、これまでの研究の一部を紹介していく。

キーワード

有機分子、遷移金属イオン、磁性、電子スピン、磁気結合力

レポート課題

1. 室温の熱エネルギーkBTは何kcal/molか？ボルツマン定数はkB=R/NA(R：気体定数、NA：アボガドロ数)であること用いて導出してください。
2. 「モル磁化率χmolと絶対温度Tの積」であるχmolT値が約3cm^3Kmol^?1となるのはスピン量子数Sがいくつの分子か？またモル当たりの飽和磁化の値が5μBになるのはスピン量子数Sがいくつの分子か？それぞれ答えてください。
3. 軟質磁石と硬質磁石はそれぞれどのように産業で応用されているか一つずつ答えてください。できるだけ他の学生と被らないような答えを事前に調べて探しておくこと。
4. 分子で磁石を作ると無機磁石にはないどのような機能を持つ磁石が考えられそうか？ただの機能の足し合わせでない磁石(例えば無機磁石に揮発性有機物を付けて香る磁石にするのではダメ)の可能性を考えて自分なりの独創的なアイデアを答えてください。分子性の特徴と無機物の性質を対比するなどしながら科学的に説明するなこと。

見学日程

• 2月19日(水)

１２月１９日（木）

国立極地研究所 宙空圏研究グループ　助教　江尻 省　先生

第９回講演タイトル：光で探る地球と宇宙の境界領域

講義概要

地球大気の環境変動を理解するためには、中性大気が占める大気圏からプラズマ大気が占める地球近傍の宇宙空間（ジオスペース）までを一つながりの大気「全地球大気」として取り扱わなければならないという考え方が主流になり、大気圏とジオスペースの境界領域で、中性大気とプラズマ大気が互いにどのように結合し、影響し合っているのかを理解することが重要になっています。しかし、例えば、空を見上げたときに太陽や月、星が見えるということは、その手前にある大気圏とジオスペースの境界領域（超高層大気）も見ているはずなのに、超高層大気中で、大気が化学反応により発光（大気光）していることや、100m/sを超えるような強風が吹いたり数時間で数十Kもの温度変動が起こったりしていることは意外に知られていません。また、流星によってもたらされた地球外由来の原子やイオンが浮遊する領域であり、太陽起源の高エネルギー粒子が降り注ぐ領域でもあるのですが、それらによる地球大気への影響も、十分には理解できていないのが現状です。

本セミナーでは、地球と宇宙の境界領域で起こっている様々な大気現象を紹介すると共に、特に観測が不足している南極域で国立極地研究所が行っている光を使った超高層大気観測を最近の南極地域観測隊の様子とあわせて紹介します。

キーワード

超高層大気、光学観測

レポート課題

1. 本日紹介した自然現象の中で最も興味深かった現象を1つ挙げ、興味を持った理由を述べて下さい。
2. 昭和基地のような人も物資も限られた閉鎖環境で、新しい観測を成功させるために最も大切だと思うものは何ですか？考えを述べて下さい。

見学日程

• 2月20日(木)

１２月５日（木）

横浜国立大学大学院環境情報研究院　教授　雨宮 隆　先生

第８回講演タイトル：生命と振動現象

講義概要

　心臓の鼓動をはじめ，ホルモン分泌，細胞の再生，脳波など，生命活動には明確なリズムが存在する。このような自律的な振動や振動同期は生物で普遍的に見られるが，そのメカニズムや機能には不明な部分が多い。生物にとって最も基本的なエネルギー獲得プロセスである解糖系においても，代謝産物濃度が細胞内で振動的に変化することが知られていて，解糖系振動と呼ばれている。この振動現象は，真核生物のモデルとして酵母細胞を用いて古くから研究が行われている。細胞密度が高くなると振動が細胞間で同期することも分かっている。しかし，なぜ酵母細胞の解糖反応で振動や振動同期が起こるのか，その生物学的な機能はよく分かっていない。

　私たちは解糖系振動や振動同期の生命機能を探ることを目的として，動物細胞に着目している。がん細胞は好気条件でも嫌気的な解糖系を亢進させる酵母細胞と同様の代謝形態をもつことが知られていて，それは発見者にちなんでWarburg 効果と呼ばれている。この代謝類似性に着目して研究をすすめたところ，2017 年にヒト子宮頸がんHeLa 細胞の解糖系振動を1 細胞レベルではじめて観察することに成功した。HeLa細胞は酵母細胞の挙動とはことなり，細胞間で同期振動を起こさない。これは，がん細胞の自律増殖性と関連していると考えている。

興味深いことに，がん細胞とは生物学的に全く異なる脳細胞の1 種であるアストロサイトも解糖系を亢進させる。現在，この細胞を用いた研究も進めており，細胞のエネルギー代謝で見られる振動や振動同期現象が生命にとってどのような役割をもつのか考えたい。

キーワード

　生命，がん細胞，脳細胞，エネルギー代謝，代謝振動，振動同期

レポート課題

1. 振動や振動同期が生命機能に果たしている役割について，具体例を挙げて述べて下さい。
2. 振動や振動同期の研究を基礎研究で終わらせることなく，広く医療や健康などに応用するにはどのような方法があるでしょうか。考えを述べて下さい。

見学日程

• 2月20日(木)⇒ 2月5日(水)

１１月２８日（木）

国立研究開発法人物質・材料研究機構 主任研究員 太田 鳴海 先生

第７回講演タイトル：ポスト・リチウムイオン電池最有力候補としての全固体電池

講義概要

今やスマートフォンは一人一台が所有する時代に突入して久しく、第5世代移動通信システム(5G)が目指す超低遅延の実現により、さらなる通信のリアルタイム性向上がこの先もさらに私たちの生活環境を大きく変化させていくだろう。この携帯型情報端末の大量普及による情報社会の発展に大きく貢献した技術が、本年2019年のノーベル化学賞の受賞対象となった「リチウムイオン電池」の開発と進歩である。受賞者の一人に、炭素系負極の先進的な開発と市販になった電池の原型を提案したことによって知られる日本人の吉野彰さんがなったことで、皆さんもその存在を10月初旬のノーベルウィークに改めて確認されたのではないだろうか。

本講義では、まず約30年前に市販化され、その功績によりノーベル化学賞を受賞した「リチウムイオン電池」について、その原理と優れた特徴について解説し、次にそれを超える性能を持つと期待され実用化に向けた研究開発の進む全固体電池について、物質・材料研究機構にて行われてきた研究成果を紹介しながらその可能性と課題・今後の展望について述べる。

キーワード

リチウムイオン電池、全固体電池

レポート課題

携帯電話は、内蔵する電池の高出力化・高エネルギー密度化により、単なる電話機からデジタルカメラやPCの機能まで持つスマートフォンへと進化を遂げた。身近にある電子機器を一つ挙げ、今後、当該機器のために電池が独自の進化を遂げた場合にもたらされる機器の変化について、どのように電池が進化し、その進化が当該電子機器へどのような変化を与えると考えるか想像を膨らませて説明せよ。

見学日程

• 2月27日(木)⇒ 中止となりました（新型コロナに伴う）