また、このプロジェクトにはノーベル化学賞受賞者である北川進特別教授（研究推進担当理事）が参画します。
大学全体の研究戦略としてAIを活用する点が大きな特徴です。

ノーベル化学賞の対象となったMOFとは何か

MOF（Metal-Organic Framework：金属有機構造体）とは、
金属イオンと有機分子が結合してできるジャングルジム状の立体構造を持つ結晶材料です。

この構造には多数の微細な穴があり、特定の気体を大量に吸着する性質があります。
そのため、エネルギーや環境分野での応用が期待されています。

2025年10月、スウェーデン王立科学アカデミーは次の3人にノーベル化学賞を授与すると発表しました。

• 北川進（京都大学 特別教授）
• リチャード・ロブソン（メルボルン大学）
• オマー・ヤギー（カリフォルニア大学バークレー校）

北川教授は1997年、MOFが気体を吸着できることを世界で初めて実証し、この研究分野の基礎を築いた人物として知られています。

AI導入で次世代エネルギー材料の発見を加速

京都大学によると、MOF技術は次のような分野での活用が期待されています。

• 燃料電池
• 炭素回収（CO₂回収）
• ガス分離技術
• エネルギー貯蔵材料

しかし、新しい材料を発見するには膨大な組み合わせを試す必要があります。
そこでAIを活用して化学反応や材料構造を予測することで、材料探索を大幅に高速化する狙いがあります。

記者会見で北川特別教授は次のように述べました。

「AIを使うことで、研究に関する推測や予測が非常に加速するのではないか」

つまりAIは、研究者の直感や経験に加えて、膨大なデータから最適な材料候補を導き出す役割を担います。

日本政府の「AI for Science」戦略とも連動

今回の京都大学の方針は、日本政府の研究政策とも一致しています。

文部科学省は2025年、AIを研究開発に活用する「AI for Science」戦略を推進しています。
この戦略では以下が重点分野とされています。

• AIを使った材料開発
• 大規模研究データ基盤の整備
• AI研究者と科学研究者の連携

世界では、AIを使った材料科学の研究競争が急速に進んでいます。
新材料の開発速度は、産業競争力やエネルギー政策にも直結するためです。

Google Cloud連携などAI研究基盤を整備

京都大学はすでにAI研究基盤の整備を進めています。

2025年9月には、Google Cloudとの包括連携協定を締結しました。
この協定では次の取り組みが進められています。

• 大規模研究データのクラウド管理
• AI解析基盤の整備
• 研究者向けAIツールの活用

こうしたインフラ整備により、AIを活用した科学研究の加速を狙っています。

日本の学術競争力を占う試金石に

AIを研究の中心に据える「AI駆動型科学」は、世界的に急速に広がっています。
特に材料科学の分野では、AIが研究速度を大きく左右する可能性があります。

今回の京都大学のプロジェクトでは、ノーベル賞受賞者自身がAI研究に参画します。
そのため、世界的にも注目される取り組みになる可能性があります。

AIと材料科学の融合が成功すれば、

• 次世代エネルギー材料
• 炭素回収技術
• 新しい化学プロセス

などの開発が加速する可能性があります。

つまり、この研究は日本の学術競争力や技術力を占う重要な試金石になるとみられています。

ソース

京都新聞
Science Portal（科学技術振興機構）
Chem-Station
沖縄タイムス
熊本日日新聞
福井新聞

投稿 京都大学がAI基盤の科学研究戦略を発表　ノーベル化学賞MOF研究にAI活用 は 仕事終わりの小節 に最初に表示されました。

物理学者が「理想ガラス」の初のコンピューターモデルを構築

オレゴン大学の研究チームが、長年理論として語られてきた「理想ガラス」の初のコンピューターモデルを作成しました。
この研究は、ガラスの本質的な構造を理解するうえで重要な成果です。

ガラスは日常的な素材ですが、その物理的な状態は完全には解明されていません。
そのため、この研究は約80年前に提起された物理学の問題に新しい答えを示す可能性があります。

さらに、研究成果は材料科学にも影響を与える可能性があります。
特に、金属ガラスなどの新しい高性能材料の設計に応用できると期待されています。

約80年前に提起された「理想ガラス」の問題

この研究は、オレゴン大学の物理学者エリック・コーウィンが率いるチームによって行われました。
研究成果は、物理学の権威ある学術誌 Physical Review Letters に掲載されています。

理想ガラスという概念は、1948年にプリンストン大学の化学者ウォルター・カウツマンが提唱しました。
彼は、ガラスを極低温まで冷却すると、最終的に特別な状態に到達する可能性があると考えました。

この状態では、分子の並び方はランダムです。
しかし、非常に効率的に詰め込まれた構造になります。

つまり、見た目は無秩序でも、物質の振る舞いは結晶に近くなると理論づけられていました。
この仮説は長年議論されてきましたが、自然界では確認されたことがありません。

従来のシミュレーションでは再現できなかった理由

これまで研究者は、ガラスの形成を再現するために「冷却過程」をシミュレーションしてきました。
つまり、液体を徐々に冷やすことでガラス状態を作ろうとしていたのです。

しかし、この方法では理想ガラスを再現できませんでした。
計算上でも、その状態に到達することが非常に難しかったからです。

そこで研究チームは、まったく異なるアプローチを採用しました。
冷却を再現するのではなく、理想構造を直接構築する方法を選んだのです。

コーウィン氏は次のように説明しています。

「私たちは、いきなりその状態に飛べるかもしれないと考えました。最良の構造を構築できるのです」

研究では、オレゴン大学の高性能コンピュータークラスターが使用されました。

無秩序なのに結晶のように振る舞う構造

研究チームはまず、ディスク状の分子を二次元空間に配置しました。
この配置では、各分子が6つの隣接分子と接触します。

この構造は、結晶でよく見られるハニカム状の幾何学構造です。
つまり、非常に効率のよい充填構造です。

しかし研究者は、この構造から繰り返しの結晶パターンだけを取り除きました。
その結果、次の特徴を持つ構造が生まれました。

・完全に非晶質（結晶ではない）
・しかし密度は極めて高い
・機械的性質は結晶とほぼ同じ

コーウィン氏は研究結果について次のように述べています。

「我々の構造は完全に非晶質であるにもかかわらず、機械的には結晶と同じように振る舞います」

理想ガラスに予測されていた特徴を再現

今回作成されたモデルは、理論で予測されていた特徴を示しました。
主な特性は次の通りです。

・高い体積弾性率
圧縮に強い性質です。

・高いせん断弾性率
形状変化にも強い材料特性です。

・異常に高い密度

・ゼロの配置エントロピー

配置エントロピーとは、分子の並び方の自由度を示す指標です。
ゼロに近いほど、構造は極めて安定しています。

さらに、この構造は低周波振動がほとんど存在しないという特徴も示しました。
これは非晶質材料では珍しい性質です。

また、「超一様性（Hyperuniformity）」と呼ばれる特性も確認されました。
これは、広い範囲で密度の揺らぎが極めて小さい状態を指します。

金属ガラス開発への応用の可能性

今回の研究は、材料科学にも影響を与える可能性があります。
特に注目されるのが金属ガラスです。

金属ガラスとは、結晶構造を持たない金属材料のことです。
通常の金属とは異なり、分子がランダムに配置されています。

この材料には次のような利点があります。

・非常に高い強度
・耐摩耗性
・変形に強い

しかし、現在の製造方法には大きな課題があります。
それは極めて高速な冷却が必要という点です。

このため、大型部品の製造は難しいとされています。

理想ガラスの理解が進めば、より容易にガラス状態を作れる合金の設計が可能になるかもしれません。
その結果、加工ではなく成形による部品製造が実現する可能性があります。

コーウィン氏は次のように語っています。

「自動車のエンジンを成形できるようになるかもしれないし、戦闘機を成形できるようになるかもしれない。それは革命的なことだ」

今後の研究課題

今回の研究は二次元モデルで実施されました。
つまり、分子配置は平面上でシミュレーションされています。

しかし、現実の材料は三次元構造です。
そのため研究チームは、三次元モデルへの拡張を計画しています。

ただし現在のアルゴリズムは、そのまま3Dには適用できません。
新しい計算手法の開発が必要になります。

それでも今回の成果は、長年の理論問題に新しい道を開きました。
今後の研究が進めば、材料科学と工学に大きな変化をもたらす可能性があります。

ソース

phys.org
Physical Review Letters
PubMed
National Today

投稿 理想ガラスの初コンピューターモデルを物理学者が構築　80年の理論問題に前進 は 仕事終わりの小節 に最初に表示されました。

固体でも液体でもない、水の第三の相

水は私たちにとって最も身近な物質の一つですが、その性質は依然として謎に包まれています。東京理科大学の研究チームが明らかにした最新の成果は、この普遍的な物質に新たな視点を与えるものです。

研究チームは、ナノスケール（1ナノメートル＝10億分の1メートル）という極めて小さな空間に閉じ込められた水が、固体でも液体でもない特殊な「予融解状態（プレメルティング状態）」を示すことを発見しました。これは、これまでの水の理解を大きく揺るがす画期的な成果であり、2025年8月27日付で米国化学会誌 Journal of the American Chemical Society に発表されました。

🔬 高度なNMR分光法で水の動きを捉える

この研究を主導したのは、田所誠教授、小林文也講師、並木智也博士課程学生らのチームです。彼らは固体状態の重水素核磁気共鳴（NMR）分光法という先進的な技術を用いました。

観察対象は、直径わずか1.6ナノメートルの「ナノポア」と呼ばれる微細な細孔を持つ六角柱状結晶。この結晶内部に**重水（D₂O）**を満たすことで、水分子の挙動を分子レベルで観察することができました。

従来の回折法では捉えられなかったピコ秒単位（1兆分の1秒）の分子回転運動をNMR分光法で測定し、閉じ込められた水がどのように組織化されているかを明確に示すことに成功したのです。

🧩 三層に分かれた水の階層構造

研究チームが観察した結果、ナノポア内の水は自然に「三層構造」を形成していることが判明しました。

1. 一次層（外側）
   水分子がナノポアの壁と強固な水素結合を作り、しっかりと固定された層。
2. 二次層（中間）
   一次層の水分子と相互作用する層で、外側と中心をつなぐ役割を果たす。
3. 三次層（中心部）
   非常に流動的で、氷のように凍結せず、液体的な性質を持つ層。

この構造により、外側から内側に向かって氷結が進むものの、中心部は「凍りきらない状態」となることがわかりました。つまり、水は「固体と液体の中間状態」で存在できるのです。

さらに、研究では液体状態では20個の水分子が規則的に並ぶのに対し、凍結時にはその数が60個に増えることも判明しました。

❄️ 謎の「予融解状態」とは？

最大の発見は、**水が固体と液体の性質を同時に持つ「予融解状態」**が存在することでした。

これは、氷が完全に融ける前に一部の水分子が「半ば融けたような」状態になる現象です。田所教授は次のように説明しています。

「予融解状態とは、凍結した層と液体のように動く層が共存する、これまで知られていなかった水の新しい相です。」

実験では、低温から徐々に加熱してNMRスペクトルを解析しました。その結果、分子の位置は固体のように比較的固定されている一方、回転運動は液体のように速く、バルク水（通常の水）の挙動に近いことが明らかになりました。

まるで氷と水が同じ空間に同居しているかのような状態――これが「予融解状態」です。

🌍 応用可能性と科学的意義

この発見は単なる基礎研究にとどまらず、さまざまな応用の可能性を秘めています。

• エネルギー貯蔵
  新しい氷ネットワーク構造を利用し、水素やメタンといったエネルギーガスを効率的に保存できる可能性。
• 新素材開発
  人工ガスハイドレートのような、水を基盤とした革新的な材料の開発。
• 生命科学
  水やイオンが生体タンパク質や細胞膜を通過するメカニズムの解明に貢献。
• 地球環境・惑星科学
  氷や水の極限環境下での挙動を理解することで、極地や他の惑星における水の状態を推測できる。

🔮 水はまだ「謎の物質」

今回の成果は、マックス・プランク研究所などが進めている「閉じ込められた水の研究」ともつながります。水は地球上で最も豊富で身近な物質ですが、その分子レベルでの挙動は今なお完全には理解されていません。

私たちが毎日飲んでいる水の中にさえ、未解明の物理現象が潜んでいる――そのことを今回の研究は改めて示しました。

✨ まとめ

• 東京理科大学の研究チームが**ナノ細孔に閉じ込められた水の「予融解状態」**を世界で初めて発見。
• 水は外側から中心へと異なる三層構造を形成し、固体と液体が同時に存在するような奇妙な性質を示す。
• 発見はエネルギー貯蔵や新素材開発、生命科学など幅広い分野に波及する可能性を持つ。

水という「ありふれた物質」が、実はまだまだ解き明かされていない深い謎を秘めていることを実感させる研究成果です。

投稿 🧊 科学者が発見した水の新しい姿 ― ナノスケール細孔で現れる「予融解状態」とは？ は 仕事終わりの小節 に最初に表示されました。