原子を撮りたい

80年代初頭、超伝導体におけるトンネル電流の不思議な振る舞いを研究していた森田教授は、同じトンネル電流を使った走査型トンネル顕微鏡の登場を知って、たちまち夢中になる。ヨーロッパの研究者のもとを訪ねて、「ぜひ教えてください」と頭を下げたという。
研究室に戻って簡易的な装置を作り、「どうにかそれらしい画」を撮って、発表のために出席した1986年の国際学会で、さらなる衝撃が待っていた。原子間力顕微鏡の登場である。
「当時、原子間力顕微鏡は日本ではほとんど知られていませんでした。『そんなことができるのか』と目を丸くしたのを覚えています」
原子間力顕微鏡はそれまでの顕微手法にはない可能性を秘めていた。電子顕微鏡（TEM）や、走査型トンネル顕微鏡は、電気の力を借りるため、絶縁体は観察できない。そのため絶縁体を観察する際は、表面に導電処理というコーティングを施す必要があり、「本当に表面を見ているのか」という疑問が常につきまとった。一方、原子同士が引きつけ合ったり、反発したりといった原子間力は、あらゆる物質の間で働いている。原子間力が使えるなら導電処理をせず、物質の表面そのものを観察できるのだ。
加えて真空環境が必要ないことも魅力だった。走査型トンネル顕微鏡は、導電性のある金属を観察する場合でも、酸やアルカリで表面を非常にきれいに洗い、さらに酸化を防ぐため、超高真空状態で観察する必要があったが、真空にするために空気を吸い出す真空ポンプは、当時はまだ観察に最適な状態をつくるのが困難で、莫大な投資を必要とした。
世界中の研究者が "真空中で原子を見る" ことに注目しているなか、森田教授は、その研究を方向転換させたのだ。
「走査型トンネル顕微鏡の原理自体それほど難しくなく、あとは真空環境を作る資金力の勝負というステージに移ってしまいました。そうすると研究者の出番は減ります。少し遠回りすることになるけど、新しい技術にチャレンジしようと、原子間力顕微鏡をテーマに据えました」
そこから試行錯誤が続いた。先行する走査型トンネル顕微鏡では、「原子が見えた」「原子を "つまんで" 動かして字を書くことができた」といった華々しいニュースが聞こえてくる。原子間力顕微鏡にとっては「夢のまた夢」だったが、教授のチャレンジは着実に成果を挙げていく。1995年には、原子の姿を目にし、2005年にはゲルマニウムのキャンバスにスズの原子で「Sn」という文字を書くことに成功。世界をあっと言わせた。