岡山大学異分野基礎科学研究所

Research Institute for Interdisciplinary Science, Okayama University

第1部会

研究所・センターの概要

所長
久保園　芳博
Kubozono, Yoshihiro

キーワード: 数理科学、量子宇宙、光合成、構造生物学、錯体化学、超伝導、有機エレクトロニクス材料、理論科学
住所: 〒700-8530
岡山市北区津島中三丁目1番1号

従来の研究分野間の壁を乗り越える新しい学問体系の構築を目指す

異分野基礎科学研究所は、岡山大学においてこれまで活発に展開されてきた量子宇宙研究、光合成・構造生物学研究ならびに超伝導・機能材料研究を、統一的かつ組織的に遂行するために平成28年（2016年）に岡山大学に設置された新しい研究所です。上記の研究テーマは、素粒子物理学、生物科学、固体物理・材料科学の研究者によって、それぞれ独立に取り組まれてきましたが、本研究所では異なる分野の研究者の視点を融合して新たな学問体系を構築することを目指しています。本研究所を構成する研究者は、数学、物理学、化学、生物科学と多岐にわたっており、それぞれの研究分野の深化発展と、異分野融合研究を推進することを目標としています。また、国際的な共同研究体制を構築するために、海外との共同研究の推進に加えて、外国人研究者の主導する2つの研究グループを設置し、研究展開を図っております。

平成29年度の研究活動内容及び成果

コヒーレント増幅機構の原理実証に成功

レーザーと原子、分子、原子核を用いた、量子コヒーレンス技術、光量子ビーム技術を実験的、理論的に発展させることで、初期宇宙の謎の解明を目指しています。29年度は、パラ水素からのコヒーレントな二光子放出の観測によって、コヒーレント増幅機構の原理実証に成功するとともに、特異な原子核遷移の観測、新奇重イオンビームの開発を行いました。数理物理学研究に関しては、微分方程式の諸問題（多次元進行波、確率量子場モデル、自由境界問題）の研究を推進しており、楠岡誠一郎准教授が「2017年度日本数学会賞建部賢弘特別賞」を受賞しました。

コヒーレント二光子放出実験

光合成の構造生物学的、分子生物学的研究の発展

フェムト秒X線自由電子レーザーを利用して、光合成において光化学系IIによって触媒される水分解反応の中間状態の一つ(S3状態)の結晶構造を解析し、可視光を利用した水分解反応における分子状酸素の生成部位を特定しました。また、分子生物学と生化学の手法を用いて、光化学系Iのサブユニット構造を解析し、効率的に光を捕集するアンテナの分子構築を明らかにしました。沈建仁教授は、光合成の一連の研究に関して、「第11回みどりの学術賞」を受賞しました。

新しい層状超伝導物質の発見や低密度氷の理論予測

新しい超伝導体BaPd2As2を発見しました。この化合物は元来 PdAs4平面4配位を基本構造にもち超伝導を示しませんが、合成条件を工夫してPdAs4四面体配位を基本とする層状構造への結晶化と超伝導化に成功しました。層状Ir酸化物Sr2-xLaxIrO4 では銅酸化物超伝導体と非常に類似した電子構造を持つことを発見し、超伝導化に向けて研究を進めています。また、第一原理的手法を用いて、スピン1/2パイロクロア反強磁性体Lu2Mo2O5N2の基底状態がスピン液体であることや、単純立方晶黒リンの圧力-温度相図に現れる谷状構造の起源を明らかにしました。さらに、空気よりも軽い氷、極めて密度の低い氷「エアロアイス」の存在を予測しました。予測された低密度氷「エアロアイス」には密度に下限がなく、空気よりも軽い氷も作り得ることを明らかにしました。この他、新規な太陽電池や有機トランジスタに向けた有機材料研究が進展しています。