高校生・大学生の皆さんへ１：物性物理学への招待
関山研究室では教員・大学院生・卒研生が、一文で言うと、物性物理学という分野において主に固体光電子分光という実験手法で様々な物質（結晶）の電子構造を解明する研究を日々進めています。学部としては（長くて恐縮ですが）大阪大学基礎工学部電子物理科学科 物性物理科学コースに所属しています。
物性物理学という単語は高校生や多くの大学学部生の皆さんには聞き慣れないかもしれません。物理と名前がついているので物理学の分野ですが、素粒子とかヒッグス粒子といった日常離れしたような印象の単語が飛び交う素粒子物理学ではなく、主として周期表にある元素から構成された固体・結晶といった日常で見られる・使われうる物質の性質を探究し新たな現象を見いだす物理学が物性物理学と言えるでしょう。これをもう少し正確に言うと「物理学を基礎に「物質中のミクロ(微視的)な原子の世界」と「マクロ(巨視的)な性質や現象」との関連を明らかにし、モノの性質（物性）を理解し、デザインし、これまでにない可能性を実現する先端科学」が物性物理学
となります。 ちなみに、そこで一番研究の対象になるのはそれらの中にある電子で、この電子が物質中で様々な振舞いを見せる（からこそ研究対象になる！）ことで個性豊かな物の性質が生じているわけです。また、電子は「軽い」素粒子とも言えることから固体中で「粒子性と波動性の二面性(量子効果)」が現れます。そこで、固体中の電子の性質を知るにはこの二面性を矛盾なく取り扱う理論的枠組みとして量子力学・統計力学という高校で本格的には学ばない(高校物理の最後に少しだけ顔を出す)物理（とそれに必要な数学）を本格的に学び研究を進めます。
といっても、特に高校生の皆さんにはまだ漠然として分かりにくいかもしれません。高校の理科でいうと、化学で学ぶ元素や物質を舞台に、物理で学ぶ電磁気や光の仕組み（プラス大学で学ぶ量子力学・統計力学）を駆使して研究するのが物性物理学と思ってもそう間違いではないでしょう。そして、そこでのミッションというか使命としては です。基礎工学部の中ではやや理学寄り・基礎寄りなコースだと思いますが、意識として(遠い将来も含めた)応用も視野に入れ「学問の発展こそが大事」なだけでなく「応用につながるのであればそれに越した事はなく素晴らしいし面白い」という雰囲気で研究していると思います。
あるいは「科学・技術が進歩した現代でまだ分からない物質や性質、新しい測定方法はあるのか？」と思う人もいるかもしれません。でも、実は研究してみると分かることですがまだまだ未解明と言える物理現象、まだ見ぬ(であろう)新物質は山ほど残っています。
右に銅酸化物高温超伝導体の写真を示しますが、例えばこの物質が見せる超伝導の起源も(発見後30年以上経っても)本当のところはまだ分かっていないと言えます。また、変わった性質はそのまま新しい機能をもつ物質として応用が期待できますが、元素の組合わせは無限といえることから今後も様々な新物質の発見とそれに伴う性質の解明は物質科学として必須です。また、意外なことに今までよく知られている物質でも条件や切り口を変えると新たな性質が見つかることもあります。さらに重要なこととしては、これらの現象は「１個１個の要素に分割しても理解できず、非常に多数の電子・原子が集まった時に初めて見る事ができる（ノーベル物理学賞受賞者P. W. Andersonの言葉として"More is different!"と表現）」ことです。そして、こういったことはまだまだAIさんにはできないことのようです。むしろ、今後AIの発展にはその実材料となりうる物質科学の一分野として物性物理学が必要と思います。このような物性物理学の研究をするには、我々の物性物理科学コースは日本の大学でも世界的な研究を進めている教員・研究室が揃い世界最先端の研究とそれに必要な教育が充実した所と言えます（世界的な研究拠点は日本の中で東大や京大だけとは限らない、ということが意外なほどに知られていない気がするのですが・・・）。最先端の研究成果をあげるには、勉強して制限時間を課したテストで良い点を取ることが必須でもありません。そりゃ勉強はできるにこしたことはないですが、それよりも未知の疑問に向かって色々試行錯誤する姿勢と、一旦成果が出たらそれを他の人に分かってもらう説明をする能力の方が研究には大事な気がしています。勿論、「まだこの分野を学んでいないから疑問の持ちようがないよ」と思うのももっともですが、物性物理学の特徴の一つには「学べば学ぶほどに面白く感じる」点があるように思います。
ここまでの長い文章を読んで「何だか面白いことがありそうだな」と思い、高校の数学・物理・化学の勉強が（高得点が取れないという悩みは置いておいて）苦にならず楽しさを感じる事のできる皆さん、将来はこの学科・コースで物性物理学を学んで研究してみませんか？将来は科学者ではなく企業など社会で活躍したいと思っている人にもお勧めですし、実際に色々な分野の企業から求人があり、卒業生は多方面で活躍しています。具体的なことは関山研の他のページ(例えばここ)や物性コースのHPも参照してみてください。よろしくお願いします。
＜＜以下余談です＞＞