2011年ノーベル化学賞は準結晶を発見したイスラエルのDaniel Shechtman氏に 45
ストーリー by hylom
内容としては比較的理解しやすい 部門より
内容としては比較的理解しやすい 部門より
2011年ノーベル化学賞が発表された。受賞したのはイスラエル・Israel Institute of Technologyで教授を務めるDaniel Shechtman氏（プレスリリース）。
quasicrystal（準結晶）の発見が今回の受賞につながった。
2011年ノーベル化学賞が発表された。受賞したのはイスラエル・Israel Institute of Technologyで教授を務めるDaniel Shechtman氏（プレスリリース）。
quasicrystal（準結晶）の発見が今回の受賞につながった。
アレゲはアレゲ以上のなにものでもなさげ -- アレゲ研究家
化学なんだ…… (スコア:4, 参考になる)
準結晶は来るなら物理だとばっかり．
いや，準結晶って物性物理的に凄く面白い対象なんですよ．
結晶のような周期性が無いから電子は平面波状態（ブロッホ状態）ではなく全然違う状態を取らなきゃいけなかったり，かといって完全にランダムな液体金属だのアモルファス金属と一緒かと思うとある種の対称性を持つんでそれに起因する異常点があったり．
最近ではまさかの応用研究まであって（といっても実用化はなかった気が……），なかなか広がりのある分野です．
でも化学か……
いや，まあ，マテリアルなんで化学も有りっちゃあ有りなんですが，ちょっと意表を突かれた．
Re:化学なんだ…… (スコア:2)
今本棚から岩波講座の現代の物理学「固体-構造と物性」を取り出してみてますが、 D. Schechtman さんの電子線回折図が載ってます。 ちなみにこの教科書の第11章はまるごと準結晶のお話ですね。
キッテルのはじめのほうに書いてあった気がする。 (スコア:1)
同感 (スコア:1)
現状から考えると、準結晶は物理で取るべきものだと思いますねぇ。
下村先生の奴とかもそうですけど、化学賞って他でもっと適切な
領域があるんじゃないか、って思うようなものが取ることありますよね。
他ではそんなに感じないんだけど、気のせいかな? 一応自分の分野だから?
誰が見ても「これは化学だ」って断言できるようなものには受賞させる
ものがないのか、それとも単に物理や生物学との境界とやらがもはや
なんだかわからないので勢いあまってわりとなんでもありになってるのか。
Re: (スコア:0)
準結晶の発見ではなく、準結晶構造を持つ化合物の合成と見れば化学なのでしょうが
もともとノーベル賞の部門の区分が偏ったものなので、何らかの方法で整合を取らないとならないのでしょう
Re: (スコア:0)
無機固体化学とか物理寄りな化学の人からすれば納得の結果だったり。
準結晶より (スコア:1, オフトピック)
高校野球では準々決勝がおもしろいといわれています。
準結晶・・・？ (スコア:0)
どなたかWiki見てもよく分からない私に簡単な説明を・・・
当方、羽毛と砲丸同時に落とすと足の甲が痛い・・・・位の物理知識しか有りません。
Re:準結晶・・・？ (スコア:2, 参考になる)
構造の絵でみるとわかりやすいよ。
準結晶はどこまで解明されたか [nikkei-science.com](日経サイエンス)
蔡 安邦の文章も読んでね。
Re:準結晶・・・？ (スコア:1)
絵というなら, ここはやっぱりペンローズ・タイル [wikipedia.org]を出さないと.
準結晶の要諦は, 空間(平面)充填を周期的な繰り返しでおこなう「結晶」と周期・規則性の無い「非晶質」以外に, 規則性はあるけど周期性が無いというパターンがあるってことを示したとこですね. その象徴たるべきものが, 7つの結晶パターン(これは幾何学的にそれだけしか無いことが分かっています)に存在しない五角形です. ペンローズタイルの絵を見ると, 菱形が5つ組み合わさって5つの頂点を持つ星型がそこここに出来ていることが分かります. これが実際の物質の電子線解析を行った際に, いろいろな角度に傾いた正五角形の斑点パターンとして見えてくるのです.
Re: (スコア:0)
「現代化学」が2001年7月号の蔡先生の記事を無料公開してくれました。
http://www.tkd-pbl.com/news/ [tkd-pbl.com]
科学と芸術の共存 準結晶 [tkd-pbl.com]
# 前コメで蔡 安邦って書いてて、しまったと思ったけど、この頃はこれでよかったのか。それとも「現代化学」のミス？
Re:準結晶・・・？ (スコア:2)
1. 結晶というのは，原子・分子が直接観察されるようになる前から，ある最小単位（単位格子と呼びます）が縦横に周期的に並んできれいにパッキングして出来ている，と信じられていました．というか，全ての結晶はそうなっています．
*この最小単位内には原子やら分子がいろいろ入っています．
言い方を変えると，「結晶」という，分子・原子がきれいに整列して並んでいる代物は，必ずこの「最小単位」へと切り分けることが出来ます．
2. ある「最小単位」を縦横きれいに隙間無く並べて立体を作るには，その「最小単位」の形状が
http://ja.wikipedia.org/wiki/結晶構造 [wikipedia.org]
の「7つの結晶系」として知られる形状出ないといけないことが知られています．これ以外の形状を規則的に積み上げて，隙間無く立体を作ることは出来ません．
例えばボール（球）を考えましょう．これを縦横高さ方向に整列させて並ばせます．これはまあある種の結晶です．「隙間があるじゃないか」と思うかもしれませんが，球が内接する立方体を考えると，この立方体は隙間無く＆規則的に並んでいます（だからこの場合は立方晶）．このように，隙間も含めて分割して「箱」（単位格子）を定義してやると，必ずこの7つの結晶系のどれかになる，わけです．逆に，どんな形状のものであれ，何らかの周期的な構造をとっていれば，あるサイズの「箱」が周期的に並んでいるように区切る事が出来，その箱は必ず上記7つのどれかの形をしています．
3. さて，物質が結晶になっている＝分子・原子が周期的に並んでいる（これは前項より，必ず7つの結晶系のどれかになっている）と，その結晶にX線を当てたときに特定の方向でだけ反射が強くなります．これは反射波が特定の方向で強めあうためです．例えば，単位格子1個分だけずれた波がちょうど波1つ分位相がずれる反射角で観測すると，ある単位格子から跳ね返ってきた波と，隣の単位格子から跳ね返ってきた波は山と山が重なって強め合います．そのもう一個隣の単位格子も，位置関係はちょうどスライドしただけですからやっぱり山が重なるようになります．逆に，X線を当てて鋭いピークがいくつも反射してくれば，その物体は結晶構造を取っている（＝単位格子が周期的に並んだ構造に還元できる）わけです．そしてこの時出てくる反射のパターン（どの方向で反射が強いか）は元の結晶系を反映しています．例えば六方晶なら6回対称の六角形的なパターン，正方晶のような4回対称の結晶系なら正方形的なパターン，といった感じです．
一方，アモルファスな物質のように結晶構造がないと，ある方向での反射が，隣の原子からの反射は弱めあってみたり，別の原子では強めあってみたり……と，特に制限事項がないので，様々な波の雑多な足しあわせになってしまいます．そのため，結晶構造を取っていない物質では鋭い反射は観測されません．
4. まあこのようにして，過去に行われていた推測と，その後のX線の発見により，結晶構造＝原子・分子の配列が解析できるようになり，化学と物質科学は一気に進歩します．またこれと歩調を合わせて，結晶格子やらその周期性やらを使って固体物理における電子論（電子はどんな状態を取るのか？どうして電流は流れるのか？等）や格子振動などの様々な理論が打ち立てられ，現実の系を説明することが可能となり大成功を収めます．
まさにX線万歳，結晶構造万歳というわけです．
5. ところがあるとき，X線を当てると5回対称の反射が出てくるサンプルが見つかりました．しかも出てくるピークは鋭い．
ピークがシャープと言うことは，結晶であることを意味します．ところが，出てくる反射の対称性は5回対称であり，理論的に許されている7つの結晶系にはあり得ない対称性です．7つの結晶系に入っていないことから，「完全な結晶」ではあり得ないことは確実です．その一方，シャープなピークを作るためには，少なくとも近似的には結晶（っぽい）構造があることが必要とされます．ここから大激論が始まります．
何より大変だったのが，普通だったら原子の配列を調べるのに使う構造解析が使えなかったことです．何せ結晶構造を前提として解析するので，結晶っぽくても結晶になっていないものには使えません．そのためまあ色んな手法を駆使して構造を推定したわけですが，それは省略（というか今でも完全な構造は良くわからないものもある．おおざっぱなところはわかっているけれども）．
そういった過程を経て，今では「短距離でも，長距離でも，近似的に5回対称が成り立ってある規則（に近い）配列だけど，普通の結晶では存在する並進対称（あるユニットスライドすると，もとと同じ構造になる）を持たない」という準結晶という概念＆その推定構造が作られるまでになりました．
6. 結局，何が凄いの？というと，
・世の中の固体は，結晶と結晶以外の非晶質からなっている
という化学/固体物理の基本概念をひっくり返したところですね．
もう何というか，「え，何それ？そんな存在許されるの？」とかそういう感じで．
他の分野で例えると，何でしょうかね，「生物の情報担体はDNAだと信じていたら，RNAしか持たない生物がいた！」みたいな驚きなんでしょうか（ウィルスではいますけど）．「飛行機は羽がないと飛べないと思ってたら，胴体の揚力だけで飛ぶのが出てきた！」とか．いや，比喩をいくら出しても理解の助けにはならないんでしょうが．
固体系の人間にとっては驚天動地な発見ではあるんですが、他の分野の人とかに説明するのは難しいなあこれ……
Re:準結晶・・・？ (スコア:2)
付け加えると，発見当初は化学の大御所ポーリングから準結晶の存在を否定され，
不遇の時代を経て今回の受賞になった，というドラマがありますね．
応用の可能性から言えば，フラーレンやカーボンナノチューブなどのエキゾチック炭素
分子全てをひっくるめたそれらに比肩する新しい一分野を開く業績だと思います．
久しぶりにノーベル賞にふさわしい業績だと思いました．余り知られていないのは，
ポーリング先生の怨嗟のせいでしょうか．
単独受賞というのもすがすがしいですね．
Re: (スコア:0)
>飛行機は羽がないと飛べないと思ってたら，胴体の揚力だけで飛ぶのが出てきた
なんかこう聞いてしまうとすごく大したことでないように思えてしまう・・・ふしぎ！！
Re: (スコア:0)
>周期的に並んできれいにパッキングして出来ている
そんなこと言ったって結晶の欠損があるしねえ。
Re:準結晶・・・？ (スコア:1)
まあ点/線/面欠陥は例外的な存在として見なかったことに．
物性的にも（大抵の場合は）完全系+ちょっとの摂動という形でできるんで，よっぽど欠陥が増えて乱雑系になったりする場合（アンダーソン局在とか）以外は目を瞑っていただくと言うことで．
Re:準結晶・・・？ (スコア:1)
で、電子線を合金のいろんな場所に当てて、きれいな回折パターンが出てくる領域を探していくのですが、回折パターンが5回対称とか10回対称とかの領域があちこちに存在する。
これって準結晶でしょうか？と先生に尋ねると、「分からない。準結晶かもしれないし、格子欠陥が変な回折パターンを作ってるのかもしれない。ただ、この系に限らず多元系の金属の結晶粒界付近は結晶格子が乱れやすいので5回対称とかおかしな回折パターンはよく出るよ。でもこういうのに深入りしてもワケが分からなくなるばかりで仕事にならないよ」との事でした。
ひょっとしたら、ミクロの領域では準結晶ってありふれた存在かも。
Re: (スコア:0)
>周期的に並んできれいにパッキングして出来ている
信号と雑音の境界も、なんかこうモヤモヤしてるんだけど、
フラクタル君が、もう一歩はじけないんだよな。
Re: (スコア:0)
>フラクタル君が、もう一歩はじけないんだよな。
カオス君じゃなくて？
Re: (スコア:0)
phasonさんにしては珍しく切れのない解説・・・
＃本人もおっしゃってますが
それだけ難しいというか、単純にすごいわけじゃないけどすごいというか、そんな感じなのでしょうねぇ
＃そういう理解の仕方をするわたし（笑）
Re: (スコア:0)
今のところミリ・オーダーの小さい結晶しか作れないみたい
小さくても触媒などの用途が考えられるが、まだ応用面も研究途上らしい
いつかはアモルファスのように花が開くかも
Re: (スコア:0)
現在ではセンチメーターサイズの単結晶も出来ます。
岩波講座の現代の物理学「固体-構造と物性」は準結晶は準安定相とかいてますが違います。
準安定なものも、安定なものもあります。日本語で書かれた一般向けの解説（2000年以前のもの）
は内容が古すぎます。
Re:ノーベルです (スコア:1)
(1) 数学の世界で、全く同じパターンの繰り返し無しに、無限に広い空間を埋め尽くせる、何種類かのブロックの形状組み合わせが存在することが示され、その埋め尽くしパターンは繰り返し有りの埋め尽くしパターンではあり得ない対称性を持つなどの性質が調べられた
(2) という事は、理論上、「準結晶」の構造を持つ化合物が存在しうる、とその分野の化学者は考えて、探してみたりしていた
(3) ついにその具体例を見つけた
なのか、
(2') なんだか普通に考えてあり得ない性質の化合物が出来た
(3') 測定結果が正しいと信じて、それを説明する理論を色々探していたら、数学の世界の(1)を見つけた
なのか、とか。
どちらかというと、化学より数学の方が好きだったので、このニュース→「いや、数学的にあり得る構造なら、そら造ろうと思えば造れるんじゃね?」みたいな印象を抱いてしまいます。むしろ、そんな構造があり得たのか、数学すげー、みたいな(笑)。
理論上あり得ても、物として造るのは難しいのよ、ってのが化学の世界ではでかいのかな? もっと数学寄りに、適当に積み上げると途中で詰むはずだけど、詰まずにでっかい結晶になってる、すげー、みたいに驚けば良いのかな?
Re:ノーベルです (スコア:1)
このケースにおいては(2')(3')でしょう。
通常、合金を急冷するのはアモルファスを得たい時の操作でしょうから。
原子を好きなように積み上げられるほど科学は進歩してませんね。なにしろ狙って炭素と炭素をくっつけただけでノーベル賞 [wikipedia.org]です。:)
一方で、計算で予測されていたものが最近作れるようになった、というケースも当然あります。
ペンローズタイルに対抗できそうなパズル風味のものとしては芳香族にひねりを入れてメビウスの帯にしてみました [wikipedia.org]とか。
Re: (スコア:0)
もともと個体の種類として，結晶（金属とか氷とか）と非晶質（アモルファス，ガラスとか）の
2種類しかないと信じられていました。（プラスチックなんかはちょっと別だけど）
（というか大学では準結晶があるなんて教えてもらえなかったぞ）
そこに第三の相である準結晶（結晶と非晶質の中間みたいな物）が見つかっって
大発見！ってことだと思います。
やっぱり物理の分野だよな。
逆格子とかバンドとかブリルアンゾーンとかもろ固体物理じゃん。
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20111005-00000559-san-soci [yahoo.co.jp]
シェヒトマン氏は１
Re:ノーベルです (スコア:1)
Re:ノーベルです (スコア:1)
どうなんでしょう、本当に目先の利益にしか関心がないなら、
例えばこんな処で文句言っても仕方ないですよね。
皆が凄いという、しかし自分には凄さが理解できない、阻害された気分、
「凄くはない」ことにすれば、気が納まる。
そんなもんじゃないでしょうか。
増えているとしたら他にも気分を害することが増えていて、
文句になる敷居値が下がっているとか。
Re:ノーベルです (スコア:1)
ところが今は「はやぶさが小惑星に行って何の得があるの？」と言ってはばからない人たちが増えている、これはどういうことなのかな、と。何か時代的，世代的な差があるのかな、と思ったり。
Re:ノーベルです (スコア:1)
（少なくとも当時の西側）世界は、もっと楽天的だったのかも知れませんね、
脳天気に科学の進歩に期待できた。
ところがソ連が消えて、中国やインドも単なる第三世界ではなくなって、
世界が一つになったけれど、それは、一蓮托生ということで、地球がとても
狭いものになってしまった。
いくらでも発展できるという期待や夢もしぼんでしまったのかも知れません。
まあ、中国やインドの人々の強烈なパワーはまた別でしょうが。
Re: (スコア:0)
「はやぶさが小惑星に行って何の得があるの？」という質問に科学者がまともに答えられないからでしょ。
はやぶさが小惑星に行って何の得があるの？
Re:ノーベルです (スコア:1)
技術というものは、その可能性があるから研究が進められているわけだし、それに賛同する人がたくさんいるから資金が提供されているわけです。推して知るべし。
成果に結びつかなければゼロ、成果が花開けば１です。あなたが期待しているような「－１」にはならないでしょう。
# そろそろ見苦しいレス付けはやめたらどうですか？
みんなニヤニヤしながら見てますよ？
Re: (スコア:0)
>庶民の役に立った人に賞を
そんなこと遺言に書いてなかったじゃん
Re: (スコア:0)
>私は庶民の役に立った人に賞をあげたかったのに。
おいおい、ノーベルはそんなこと言ってないぜ。
あくまで「人類に最高の貢献をした人に」だ。庶民だなんて言ってないし、役に立つ、なんて制限もない。あくまで人類、そして貢献だ。
貢献ってのは必ずしも役に立つとイコールじゃない。人類に新たな視点を与えるのだって貢献だ。例えば今が天動説の世の中でコペルニクスが出てきたんなら、地動説がなんの役にも立たなくとも貢献はでかいと思うぜ。
……ただまあ、今のノーベル賞がノーベルの望んだ形か、っちゅうのはまあ確かに微妙なとこはあるけど。
Re:ノーベルです (スコア:2)
テフロンくらいは知ってるよね？
あれって準結晶の応用らしいよ。
#自分も今ググってしっただけだけどID
Re:ノーベルです (スコア:1)
ん？
テフロンは別に準結晶構造ではなかったと思いますが……
#そもそもポリマーなので本当の意味での準結晶にはなれないはず．
準結晶構造を持つ薄膜を表面につけることで，「テフロンに似た」相互作用の比較的小さい（＝ものがくっつきにくい）表面を作る，というコーティング手法はありますが．
Re: (スコア:0)
テフロンの発明と実用化自体は準結晶の発見より遙かに昔だから、応用ってのはあり得ないんじゃないかな。
Re: (スコア:0)
とりあえず前書きとして、「貢献」ってのは必ずしも物質的な成果を要求しない、ってのを押さえておくのは重要だ。
>どういう貢献をして
・結晶ではない規則構造があるという驚きをもたらした。
・非周期的だが規則を持つ構造に関する物性論の進展を促した
とかそんな感じだな。
>どういう応用製品があるの。
準結晶コーティングという技術がある。
準結晶は周期性を持たない特殊な対称性によってバンドに擬ギャップが生じ、フェルミエネルギー付近の相互作用が弱くなることで滑りがよい。さらに材質が基本金属元素なのでテフロン加工などより耐久度が高い。また結晶性物質だと単位格子の界面での滑り（ズレ）による組成変形が可能になるのに対し、準結晶ではそのような並進のズレに対して対称ではないためそういったズレが非常に困難であり、ゆえに変形しにくく堅い被膜が作れる。
Re: (スコア:0)
クメールルージュの残党から、毛沢東同士賞が貰えるかも。
科学者なんて養うな！そうだそうだ！
知識人なんてみな強制労働させるべきだ！そうだそうだ！