カリフォルニア大学ロサンゼルス校の研究室で、ありふれたアミノ酸が、これまで到達不可能と考えられていた温度で量子材料が電子の特殊な秩序ある振る舞いを保つのを思いがけず助けた。話は二硫化タンタル、すなわちわずか三原子の厚さの超薄膜からなる材料についてである。極低温では、いわゆる電荷密度の整合波がその中に生じる。電子は無秩序に動くのではなく、結晶格子の模様を繰り返しながら協調して動くのだ。
通常、このような量子状態は温度が摂氏マイナス57 °Cを超えたとたんに消えてしまう。原子の熱振動が脆い秩序を速やかに壊してしまうからだ。Xiangfeng Duan率いる研究者たちは、二硫化タンタルの層にアルギニンの分子を加えた。アルギニンは、タンパク質を形づくる二十種類の標準アミノ酸の一つである。結果は驚くべきものだった。電子の秩序ある運動は摂氏プラス57 °Cに至るまで保たれたのである。
アルギニンは二硫化タンタルの結晶格子にぴったりのパズルのピースのように合った。その大きさと電荷の分布は、材料の層と層の間隔に正確に対応していた。他に試した二種類のアミノ酸ではこのような効果は得られなかった。コンピューター計算は、まさにこの幾何学的かつ電子的な「一致」が室温、さらにはそれ以上の温度で量子状態を安定化させることを裏付けた。
この発見は基礎科学にとってだけでなく重要である。このような材料における電子の秩序ある運動は、情報を通常の電荷ではなく量子的な性質に蓄える新しいタイプの省エネメモリーの創出に利用できる。今のところこれはあくまで見通しにすぎないが、生命の分子を無機結晶の調整に用いるというこの手法は、量子材料の設計に新たな道を開くものである。
研究者たちは他の分子を調べ、同じ方法で超伝導や他の量子効果を安定化できるかどうかを解明する計画だ。このアプローチがうまくいけば、科学者たちは新たな奇妙な化合物を探す代わりに、既知の有機的な「鍵」を必要な無機的な「錠」に合わせて選ぶことができるようになるだろう。
かつては生物学としか結びつけて考えられなかった単純なアミノ酸が、今や量子物理学が極低温の研究室の限界を超えるのを助けている。
