「原子を見るなら真空で」それが顕微鏡の常識だった。
だが、材料工学や分子生物学の現場は、大気中・液中で原子・分子を観察できる装置を求め続けて来た。
そして、遂にその扉が開かれる時が来た。

世界を変える顕微鏡

「すごいですね、それができたら」
「要素技術のめどはある。どうだろう？やってもらえるやろか」
「もちろん。ぜひ、やらせください」
島津製作所分析計測事業部プロダクトマネージャー（当時）の粉川良平は、目を輝かせて答えた。
2005年3月、表面科学の学会に出席していた粉川は、プレゼンテーションの合間、大阪大学大学院の森田清三教授に呼び止められた。企業と大学、立場は異なるが、ともに原子間力顕微鏡の研究開発に人生を捧げてきた盟友だ。（※）
教授に連れ出されたカフェで「折り入って相談がある」と持ちかけられたのは、思いもよらない共同研究だった。
「大気中・液中で原子・分子を見ることができる原子間力顕微鏡を一緒に作ってくれないか…」
それは、顕微鏡のひとつの到達点といってもよかった。光学顕微鏡には原子を見られるほどの分解能はない。電子顕微鏡なら分解能は足りるが、真空環境が必要だった。大気中の分子が電子の行く手を遮って試料に届かなくなってしまうことに加え、酸素や水の分子に触れるとたちまち酸化してしまうためだ。
それに対して原子間力顕微鏡は、試料の表面を探針でなぞり、対象物と探針の間に働くわずかな力を検知して、試料の表面像を描き出すため、真空環境が要らない。サブミクロン単位の世界では、大気中・液中で動作する原子間力顕微鏡は、すでに現実のものとなっていた。また、森田教授らの研究により、超高真空中では原子を見ることはもちろん、原子をつまんで動かすことも可能となっていた。
だが、それらを同時に実現できる顕微鏡はこの世にまだ無い。そして、できる可能性があるとすれば、原子間力顕微鏡をおいて他になかった。
※P7～8に関連記事を掲載。

四つ葉のクローバーが見えた

2005年から（独）科学技術振興機構（JST）の先端計測分析技術・機器開発プログラムで、京都大学、大阪大学、神戸大学などとの共同開発を粉川がリーダーとなってスタートした。基本的な要素技術は京都大学で研究されており、データも出始めていた。これを製品として形にしていくのが、島津に課せられたミッションだ。だが、仕様の通りの部品を製作し、組み上げても、思い通りのデータは、なかなか取れない。
最大の原因は、大気や液体が持つ「粘り気」だ。真空中では原子間力に反応して鋭いピークを見せる探針が、大気や液体の分子にまとわりつかれ、動きが鈍くなる。その中でも信号を検知するためには、徹底したノイズ低減が必要だった。
検出器や回路のノイズを低減するために、条件を変えて試験を繰り返す。粉川と共に開発を担当した大田昌弘（分析計測事業部X線／表面ビジネスユニット グループ長（当時））は、「試したパターンは数えきれない」という。
約1年の試行錯誤の末、ようやく画が撮れた。ポリジアセチレンという有機化合物の単結晶だ。続けて有機ELや色素増感太陽電池の材料となる金属フタロシアニンの結晶の観察にも成功した。
「四つ葉のクローバーのような特徴的な結晶構造がはっきりと観察できました。真空中で観察したのとほとんど変わらない鮮明さです」（大田）
その後、プロトタイプを8台作り、京都大学、大阪大学、神戸大学、北陸先端科学技術大学院大学、金沢大学でアプリケーション開発を進めた。そしてJSTでの開発の約3年後、2014年1月に、大気中・液中で原子・分子分解能を持つ原子間力顕微鏡「高分解能走査型プローブ顕微鏡 SPM-8000FM」が発売された。
「発表したとたんに9台も注文が来てびっくりしました。そこまで世に求められているものだとは、正直、私自身思っていなかったのです」と、大田は振り返る。