大阪大学大学院工学研究科の尾崎典雅准教授、兒玉了祐教授、および熊本大学パルスパワー科学研究所の真下茂教授らは、米ハーバード大学のW. Nellis 博士、米サンディア国立研究所のM.Knudson 博士、スウェーデン・ウプサラ大学のR.Ahuja 教授らとの共同研究で、大阪大学レーザーエネルギー学研究センターのハイパワーレーザー激光XII号 （図1） などを用いて、1千万気圧 、1万度といった超高圧力・超高温度下で絶縁体化合物が瞬時に液体金属状態となることを明らかにしました。

レーザーショック という“光の集中性”を利用した方法によって、1千億分の1秒 という極めて短い時間で化学結合が切断され、同時に原子間の距離が急激に縮み、超高圧超高温の原子スープ とも呼べるような液体金属状態が生成されます。そして、圧力と温度の上昇に伴って、化合物の構成元素や化学結合の種類に起因するいわゆる“物質の個性”は徐々に失われていくこと、そして最終的に多くの液体金属の振る舞いが非常に単純な共通の方程式（状態方程式）に従うことを明らかにしました。

この超高圧高温の液体金属に関する研究成果は、レーザープロセス（加工）のスマート化から、太陽系内外の巨大惑星内部や、核融合ターゲットプラズマ の振る舞いの理解などに繋がる重要なものになります。本研究成果は、平成28年5月19日(木)18時（日本時間）に英国Nature Publishing Group のScientific Reports誌にて公開されました。

図1　ハイパワーレーザー照射の瞬間の様子
直径2メートル程度の真空容器の内部で起きる物質の反応を観察する（大阪大学レーザーエネルギー学研究センター）

私たちの住む地球の中心部 （図2） には300万気圧・5,000度の液体の鉄合金が渦巻いていると考えられています。木星の深部は3,500万気圧・20,000度にも達し、水素の液体金属が存在します。このような超高圧高温の物質は、物理学の世界ではWarm Dense Matter と呼ばれ、単純な固体や液体でもなく、また理想的なプラズマでもない複雑な状態であるため、その特徴や振る舞いの理解がまだ十分ではありません。惑星内部構造の謎の解明のためだけでなく、これからの物質科学や材料工学の発展を目指して、世界中で研究が行われています。

図2　NASAによる地球内部のイメージ図
中心は固体の鉄合金（ Solid inner core ）、その外側が液体の鉄合金（ Liquid outercore）

これまで極めて複雑と思われてきた高エネルギー物質状態を、より単純に分類したり理解したりできることが証明されたことにより、高出力レーザープロセスのさらにスマートな制御による加工の効率化や、太陽系外で次々に見つかる巨大惑星の内部構造や進化過程の解明、レーザー核融合発電実現に向けた高密度プラズマの振る舞いの予測などにも繋がる有用な知見であると考えられます。

本研究成果は平成28年5月19日(木)18時（日本時間）に英国のNature Publishing Group のScientific Reports誌にて公開されました。

掲載誌：Scientific Reports（出版元：Nature Publishing Group）
題名：Dynamic compression of dense oxide (Gd ₃ Ga ₅ O ₁₂ ) from 0.4 to 2.6 TPa: Universal Hugoniot of fluid metals
邦訳：高密度酸化物の400万から2600万気圧までのダイナミック圧縮：液体金属のユニバーサルユゴニオ

本研究成果は、日本学術振興会の研究拠点形成事業「X線自由電子レーザーとパワーレーザーによる極限物質科学国際アライアンス」、および文部科学省委託事業のX線自由電子レーザー重点戦略研究課題「XFELとパワーレーザーによる新極限物質材料の探索」の一環で行われました。