光をあてるだけで物質の特性を大きく変える「量子錬金術」を達成

錬金術に一番近いフロケ工学とは？

私たちがふだん触っているものの性質は、当たり前ですがかなり頑固です。

ガラスは急に金属にはなりませんし、鉄は勝手に超伝導体にはなりません。

だからこそ、昔から人は「どうにかして物質の性質を変えたい」と思い続けてきました。

鉛を金に変える錬金術の伝説も、その夢の極端な形です。

現代物理でその夢にかなり近い有力な候補のひとつが、フロケ工学と呼ばれる考え方です。

フロケ・エンジニアリング（フロケ工学）は、結晶のように「空間に周期構造をもつ物質」に、さらに「時間に周期構造をもつ外力（たとえば光）」を重ねることで、物の性質を変化させる分野です。

強いレーザー光を一定のリズムで当て続け、物質の中の電子たちに新しいステップのダンスを覚えさせます。

すると、光を当てている間だけ、電子のエネルギーの模様が組み替わり、本来とは違う性質が一時的に現れます。

例えば特定の物質では、光のリズムを与えて一時的に超伝導に近い状態をつくることさえ理論的には検討されています。

物性の変化と言うと核種変換のように原子の核そのものを変えてしまうことを想像しますが、フロケ工学では電子の動き方を変えることで物性の変化を目指します。

核種変換には、原子炉や巨大な加速器が必要になるほどの莫大なエネルギーと危険な放射線管理が必要ですが、フロケ工学は実験室の中でレーザーや電子計測装置などで実現可能であることも魅力の1つです。

しかし実験の現実は厳しく、2009年に東大の岡隆史教授らによって構想が提唱されて以降も、実証例はこの十年でごくわずかしかありません。

その理由は、フロケ工学には材料を劣化させかねないレベルの超高強度の光が必要だったからです。

そのため物質の性質を変化させる前に、物質そのものが加熱や損傷のリスクにさらされるおそれがあったのです。

そこで今回の研究者たちが目をつけたのが、励起子です。

励起子は半導体の内部にできる「小さなエネルギーの塊」のようなものです。

（※より正確には光を吸収した電子が少し高いエネルギーに飛び出したとき、その抜け跡として残る「穴」とペアになった存在です。）

励起子は、物質の中で自分自身が小さな振動源、いわば内蔵モーターのようになって、周りの電子たちにリズムを伝えます。

もしこの内蔵モーターの数や強さをうまく調整できれば、外から物質が蒸発してしまうような超強力な光を浴びせなくても、適度な光で量子状態をしっかりと揺さぶれるはずです。

言い換えれば、やさしい光の刺激でその「内側の量子ゆらぎ」を調節することで、物質の性質を編成させるわけです。

もし本当にそんなことが可能なら、「光を当てるだけで性質を変える錬金術」は、ただの比喩ではなく、現実の工学の道具になっていく可能性があります。