宇宙のプラズマをもっと身近なものにプラズマを利用した新しいマテリアル（材料）を開発東京大学工学部マテリアル工学科教授吉田豊信大学院工学系研究科マテリアル工学専攻プラズマテレビの登場でより身近になった「プラズマ」ですが、自然界に目を向ければ、太陽は水素とヘリウムでできた巨大なプラズマであり、数々の恒星の周りや星の間には希薄なプラズマが広がっています。太陽から噴き出すプラズマと地球磁気との相互作用により極地の空を彩るオーロラ光、地球を取り巻く電離層、稲妻などもプラズマの一種です。プラズマを人工的につくり出し、制御することは、蛍光灯やネオンサインといった照明や、構造物の溶接技術にも応用されています。さらに、エレクトロニクス分野では、ナノレベルの半導体製造技術にプラズマが不可欠です。宇宙を構成する物質の99％以上がプラズマであるため、プラズマが今日の社会を築き、次世代もプラズマにより創造されるといっても過言ではありません。では、さまざまな様態で存在するプラズマとは一体何でしょうか？物質は、温度の上昇とともに固体、液体、気体へと状態が変化します。さらに温度が上昇すると気体分子は解離して原子になります。そして、原子中の電子は飛び出してイオンと電子に電離、電磁場の影響を受けるようになります。この電離した「物質の第４の状態」がプラズマで、荷電粒子（電子やイオンなど）の密度や温度、圧力によりさまざまな特性を示します。例えば、圧力が低い環境下では、電子のみが数万℃に達する状態にあるため、通常の熱平衡反応では起こらない特異な反応が誘起されます。一方で、圧力が高い環境下では、太陽表面のようにすべての粒子の温度がともに数万℃にまで達するため、どんな物質をも蒸発させることが可能となります。研究室では、このような多様なプラズマを容器の中につくり出し、詳細に調べて、新たなマテリアル（材料）をつくり出す研究をしています。現在は、オーロラに近い小宇宙内で、ダイヤモンドよりも優れたマテリアルである立方晶窒化ホウ素の薄膜技術を研究中。現在の半導体が使用できない高温の環境で作動する「次世代高温半導体」の開発に挑戦しています。また、太陽表面に近い小宇宙内では、ジェットエンジンの出力や発電用タービンの効率を極限にまで高めるために必要となる、光や熱を効果的に遮断するためのコーティング技術の開発に取り組んでいます。さらに、オーロラと太陽表面の中間的なプラズマ（メゾプラズマ）に着目し、数百個の原子の固まりからなるクラスター(＊１)を利用した「メゾプラズマ薄膜化技術」も開発しています。完成すれば、シリコン薄膜が超高速・大面積で製造できるようになり、一般家庭で太陽光発電が利用しやすくなるでしょう。その波及効果は大きいものと考えています。このように、環境やエネルギーに関する問題を視野に入れ、多様なプラズマ小宇宙を利用して、新たな機能を持つマテリアルを創製しています。そして、新規プロセスを開発することで、プラズママテリアル工学を飛躍的に発展させ、豊かで、安心・安全が保障される社会を切り開くため、日夜挑戦し続けています。 http://www.plasma.t.u-tokyo.ac.jp/(プラズマ材料工学研究室) ＊１：数個から数百個の原子または分子が凝集して、ブドウの房のように形成される原子／分子の集団。図１：電子の密度と温度によるプラズマの分類。宇宙にはいろいろなプラズマが存在していることがわかる。当研究室では赤、青、黄色の楕円で示したプラズマ小宇宙を地上につくり、各小宇宙内を利用したマテリアル工学を展開している QuickTimeý Ç² TIFFÅiLZWÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ¾å©ÇÈÇžÇ½Ç…ÇÕïKóvÇ-Ç ÅB