バッキーボール：魔法の分子

先週末、英国の化学者ハリー・クロトー卿が76歳で亡くなりました。彼は、60個の原子から成り、「中が空洞のサッカーボール」のような形をした炭素の一種であるバッキーボールの共同発見者です。この発見により、クロトー卿と彼のチームはノーベル化学賞を受賞しました。エドワード・エデルソンが執筆し、1991年8月号のポピュラーサイエンス誌に掲載されたこの特集記事では、バッキーボールが偶然発見された経緯と、1991年当時の科学者たちの将来の可能性について探ります。

アリゾナ州ツーソンにある鉱山の建物を改装した小さな部屋で、化学の革命が起こっている。汚れた作業着とフェイスマスクを着けた女性が、金属容器に付いた煤を丹念に削り取っている。

見た目はさほど面白くないが、これは「バッキーボール」と呼ばれる新しく発見された珍しい物質を製造する世界初の施設であり、その驚異的な可能性から、全国の化学者や物理学者が1グラムあたり1,200ドル、つまり金のおよそ100倍の値段を支払おうと列を作っている。

「これは私が想像できる化学界最大のニュースだ」とカリフォルニア大学ロサンゼルス校のロバート・ウェットンは叫ぶ。

その理由は？ すすの大部分を構成するありふれた炭素粒子とともに、これまでに知られている 2 つの炭素形態とはまったく異なる、独特の構造を持つ炭素分子が存在するからです。

新しい種類の炭素の発見は、ほとんどの科学者にとって衝撃的な驚きでした。炭素は、生命のほとんどの分子、つまり有機分子の基礎となるため、すべての元素の中で最も熱心に研究されています。化学の教科書を見ると、何世紀にもわたる研究により、炭素には 2 つの基本構造しかないことが示されています。1 つは、炭素原子が小さなピラミッド状に配列された、硬くて輝くダイヤモンド、もう 1 つは、炭素原子の六角形のシートで構成された、鈍く柔らかく滑りやすいグラファイトです。

化学の教科書はもう時代遅れです。信じられないほどの構造を持つ新しい炭素の基本形があります。60 個の炭素原子が中空のサッカーボールのようなものを形成します。これは、球状のケージを形成する唯一の単一元素の分子です。

この分子の正式名称はバックミンスターフラーレンです。アメリカの発明家バックミンスター・フラーが発明したジオデシック・ドームに似た形をしているからです。化学者は非公式にこれをバッキーボール、または C-60 と呼んでいます。この分子の原子は正五角形と正六角形の集合体として配列されています。正確には、正五角形が 12 個、正六角形が 20 個です。これは、形状は似ていますが炭素原子の倍数が異なりますが、最近発見された類似分子群の 1 つです。科学者はこの分子群全体をフラーレンと呼んでおり、多くの化学者と物理学者がその特性を解明するために全力で取り組んでいます。

数年前の高温超伝導体の発見と同じくらい科学界を活気づけているのは、大きな進歩による知的刺激だけではない。バッキーボールの特性によって、価値ある応用が数多く可能になるという見通しだ。

「化学者にとって、これはクリスマスのようなものだ」と、バッキーボールゲームの主要人物の一人であるヒューストンのライス大学のリチャード・スモーリーは大喜びする。説明にあたり、彼は1825年のベンゼンの発見を思い起こす。ベンゼン分子は比較的単純な6炭素環だが、アスピリンから鼻づまり解消薬、塗料、染料、プラスチックまで、数え切れないほど多くの化合物の親であり、すべてこの6炭素環を使って作られている。現在、化学者たちは、ベンゼンの少なくとも10倍の大きさで、したがってさらに大きな可能性を秘めたこの新しい炭素分子ファミリーで同じ魔法をかけたいと考えている。

「今は 1825 年ではありません」とスモーリー氏は言う。「ベンゼンの発見のようなものです。ただ、今は 1990 年代のあらゆる技術と科学機器が利用できるというだけです。」

C-60 分子は、放射能や化学腐食に対して非常に安定しており、耐性があることが研究者の間で明らかになっています。また、貪欲に電子を受け入れますが、電子を放出することにも消極的ではありません。これらの特性やその他の特性から、科学者やエンジニアは、微小なボールベアリング、新しい癌治療、軽量バッテリー、強力なロケット燃料、そして炭素原子を骨格とするプラスチックやその他の有機化合物の無限の可能性についてすでに推測しています。

ガン患者の抗腫瘍療法の提案の 1 つは、放射性原子をバッキーボールの中に閉じ込めることです。炭素バリアは、注入後の放射性同位元素の完全性を維持するのに役立ちます。スモーリーはすでに、ボール内の一部の炭素原子を他の元素に置き換えて、半導体の「ドーピーボール」を作成しています。シリコンに異種原子をドーピングすると、シリコンはトランジスタに見られる半導体に変わります。

スモーリー氏が語るもう一つのアイデアは、結合するとエネルギーを生み出すリチウム原子とフッ素原子をバッキーボールケージの中に包み、空気中の酸素による攻撃から保護することで超強力な電池を作るというものだ。他の研究者は、新しい分子から電子をいくつか取り除くことで作れる電池を想像している。

科学者たちは、バッキーボールをつなぎ合わせて新しいタイプのプラスチックの基礎を作ることを構想している。彼らは、60個の炭素に異なる原子や化学基をぶら下げることで、分子を100万通りの方法で変えることを夢見ている。「これは、まったく新しい有機化合物ファミリーを作るための出発材料です」と、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の有機化学者フレッド・ウッドルは言う。

バッキーボールの発見にまつわる物語は、その構造と同じくらい奇妙です。それは、行き止まりに陥ったかに見えたひらめきによる推測、真夜中の創造的な時間、そして最終的に予想外の突破口を開いた何年もの計画的な努力の物語です。それは、2つの大陸にまたがり、5年以上の努力を重ねた物語です。

1984 年、ライス大学に戻ってみましょう。そこでは、スモーリー率いるチームが、分子よりは大きいが目に見える固体よりは小さい原子の集まりである原子クラスターの特性について調査していました。スモーリー チームは、自分たちが発明したレーザー超音速クラスター ビーム装置と呼ばれる珍しい装置を使用していました。これは、くり抜かれた鋼鉄ブロックを保持する鋼鉄真空チャンバーです。ブロック内に置かれたサンプルは、非常に強力で短いレーザー エネルギー パルスによって照射され、蒸発します。照射の瞬間、不活性ヘリウム ガスの匂いが蒸発した物質を別のレーザーに向かって運び、電子を剥ぎ取ってクラスターをイオン化します。次に、クラスターは質量分析計と呼ばれる分析機器に押し込まれ、サイズが読み取られます。スモーリーは、シリコンを含むさまざまな元素にこの装置を使用していました。

当時、イギリスのサセックス大学のハリー・クロトーがライス大学を訪れ、スモーリーのチームが放射している元素のリストに炭素を加えることを提案した。クロトーがこれに興味を持ったのは、長鎖炭素分子の星間空間における起源の可能性について研究していたためだ。彼は星間の塵の中に9つの炭素分子の証拠を発見していた。彼は、炭素分子は炭素を豊富に含む赤色巨星の大気の炉で生成されるのではないかと理論づけた。（星は水素燃料の約10パーセントを燃焼すると、はるかに大きく膨らみ、より赤く明るくなる。数十億年後に太陽が赤色星になると、水星と金星をのみ込むことになる。）クロトーは、赤色巨星の表面よりも高い数万度の温度を生み出すスモーリーの装置が、実験室でその炉を再現する方法だと考えた。

スモーリー氏のグループは1年後に炭素の調査に取り掛かったが、その遅れは、エクソン・リサーチ・アンド・エンジニアリング社のチームがすでにライス氏が製作した機械を使って炭素に関する研究を行っていたためで、スモーリー氏はその重複を避けたかった。

スモーリーのグループがクロトーと共同で炭素を調べたところ、驚くべき結果が得られた。彼らはエクソンの人々が発見したのと同様に、ランダムで面白味のない炭素クラスターの集まりを予想していた。そのほとんどは 2 個から 30 個の炭素原子を含み、偶数原子のクラスターもいくつか含まれていた。また、10 個の炭素間隔で、50 個、60 個、70 個の炭素クラスターが増加していた。

しかし、60 個の炭素からなるクラスターには、彼らの注意を引いた奇妙な点がありました。サンプル中に、ランダムな形成で説明できるよりもはるかに多くの炭素からなるクラスターが出現しました。他の偶数クラスターの 3 倍です。この発見に興味をそそられたスモーリーの大学院生の 1 人、ジム ヒースは、週末をかけて C-60 クラスターの生成量を増やす方法を開発しました。彼は、実験を微調整することで、生成される C-60 の量が他の偶数クラスターの 40 倍になることを発見しました。

ライス大学の化学者たちは、これらの結果を検討しながら、2つの疑問を抱いた。なぜクラスターが偶数なのか、なぜ炭素60がこんなに多いのか。1つの説明は、彼らが炭素「サンドイッチ」、つまりグラファイトのような六角形のグループで構成された多数の原子を含む平らなシート状の物質を作っているからだという。しかし、スモーリーは、そのような平らな分子は、その端にぶら下がった化学結合があり、それを結びつける方法が明らかにないだろうと回想する。

さらに、なぜこのようなオープンエンドのクラスターには、正確に 60 個の炭素原子があり、それ以上でもそれ以下でもないのでしょうか?

ライス大学のグループのメンバーの一人（誰だったかは誰も覚えていない）が、炭素 60 クラスターは実際にはクラスターではなく分子であり、中が空洞の球状の分子であると示唆した。彼らが話していたあの平らなシートは、実際には丸まって球体を形成し、ジオデシック ドームのような外観になるかもしれない。そうすれば、ダングリング ボンドの問題は解決するだろう。スモーリーは、六角形のユニットを持つバックミンスター フラーのジオデシック ドームの写真を見て、その形状は試してみる価値があると考えた。

ヒース氏はその夜、妻と一緒にガムと爪楊枝を使って C-60 分子を組み立てようとしたが、これは厄介で結局は不毛な作業だった。

一方、スモーリーはコンピューターの前に座り、60 個の炭素原子からなる球のモデル構造を生成しようとした。何時間も作業したが、何の成果も得られなかった。いらだちを募らせたスモーリーは、リーガル ペーパーから 1 インチ四方の正六角形を切り出し、球体を作ろうとした。だがだめだった。深夜過ぎのビールに手を伸ばしながら、クロトがかつて子供たちのためにジオデシック ドームを作ったことがあり、そこには正五角形と六角形があったかもしれないと言っていたことを思い出した。そこでスモーリーは五角形を切り出し、その周りに六角形を配置し、さらに五角形と六角形を追加し、作業しながら薄い紙の形をテープで貼り合わせていき、半分ほどのところでようやく、何かができたことに気づいた。

「心臓が飛び上がりました」とスモーリー氏は回想する。「私が数え間違えていなければ、この構造は頂点の数が魔法の数である 60 の球体を形成するはずです。」

実際、この紙の模型はボール状になり、床に落とすと跳ね返りました。この模型には 20 個の六角形と 12 個の五角形がありました。60 個の頂点、つまり角はそれぞれ 1 つの炭素原子を表し、他の頂点、つまり角と同一で、それぞれが 1 つの五角形と 2 つの六角形の接合点にありました。

その形はあまりにも優雅だったので、スモーリーはそれが幾何学者の間でよく知られているに違いないと悟った。彼はライス大学の数学科長ウィリアム・ヴィーチに電話をかけ、自分が作ったものを説明した。ヴィーチはついにこう答えた。「これにはいろいろな説明ができるが、君たちが持っているのはサッカーボールだ」

この構造は技術的には切頂二十面体と呼ばれ、六角形や五角形で形成できる無数の球状ケージの 1 つです。バックミンスター フラーは、これらの構造物の多くは、その形状により、質量の割に異常な剛性を備えていることに気づきました。こうして、強くて軽量なジオデシック ドームが誕生しました。

画期的な発見の翌日、ライス大学の化学者らは C-60 分子に「サッカーレン」や「バレン」などの名前を考えましたが、最終的には「バックミンスターフラーレン」に決めました。

現在では、バッキーボールとしても知られています。その他の偶数番号のジオデシックドーム型炭素クラスターは、総称して「フラーレン」と呼ばれています。スモーリー氏とその同僚は、1985 年に発表された科学論文で、C-60 の発見、その構造理論、および他のフラーレンの構造を発表しました。

多くの科学者がこのアイデアに興味をそそられたが、中には不安を覚える者もいた。エクソングループからは反対意見が出され、彼らは炭素クラスターはおそらく興味のない、架橋した原子鎖で構成されているという考えに固執した。当時エクソンで働いていたカリフォルニア大学のウェッテン氏は、コーネル大学時代の恩師で炭素に関する研究でノーベル化学賞を受賞したロアルド・ホフマン氏とスモーリー氏の発見について話したことを覚えている。「彼は、10個の炭素原子の繰り返しには何ら異常はないと言った」とウェッテン氏は回想する。「それでエクソンでは研究をやめた」。

ライス大学の研究者たちは、この素晴らしい発見を発表した後、窮地に陥った。彼らが持っていたのは、わずか1ミリグラムのC-60で、その存在を確認するには不十分だったのだ。

どうすれば彼らは疑念を抱く人々を説得し、C-60 の構造に関する理論を実証できるだろうか。当然、徹底的に分析できるほどの量のバックミンスターフラーレンを大量に製造する必要があった。スモーリーはヒースにその仕事を任せた。理論上 C-60 分子は黄色っぽいはずだったため、スモーリーはそれを「黄色い小瓶の探索」と呼んだ。簡単な仕事に思えたが、それは悪夢に変わった。「まったく楽しくない実験」だったと彼は思い出す。

ライス大学の研究者たちは、クラスタービーム装置のノズルから出てくる黒い物質を集めた。ヒース氏は2年間、この物質をベンゼンと混ぜ、溶媒にかなりの量のC-60が濃縮されることを期待した。しかし、この試みは失敗に終わった。

「フラーレンの存在を示す証拠がない透明なベンゼン溶液を2年間観察した後、おそらくいつか誰かがこれを少し単離するだろうという結論に至った」とスモーリー氏は言う。「むしろ、第三世界の国の化学者が牛の糞か何かからこれを1ミリグラム取り出すのではないかと期待していた」

その代わりに、答えはツーソンとドイツのハイデルベルクから出てきました。科学の進歩というものは、時には説明のつかないものであるということを実証する形で。バッキーボールをバケツ一杯に作る方法を発見した二人は、全く別のことを研究していたのです。

アリゾナ大学のドナルド・ハフマン氏とマックス・プランク原子核物理学研究所のヴォルフガング・クラッシュマー氏は炭素クラスターの研究をしていたが、スモーリー氏とは全く異なる視点と異なる目標を持っていた。

ハフマンとクラッシュマーは、生物学的粒子、すす粒子、あらゆる極小粒子など、あらゆる種類の微粒子がどのように光を吸収するかを研究していた。彼らは長年炭素を研究してきた。なぜなら、天文学者は、星々の間に漂う極小の炭素粒子が興味深い方法で星の光を吸収し、それが宇宙を理解するのに役立つと考えているからだ。

さまざまな方法を試した後、ハフマンとクラッシュマーは、多数の小さな炭素粒子を作るための独創的でシンプルな装置を開発した。彼らの装置は、ヘリウム雰囲気に囲まれた高電流回路に接続された 2 本のグラファイト棒で構成されていた。弓のこ刃がバネの役目を果たし、棒同士を押し付けた。棒が接触した部分では炭素が蒸発し、多数の炭素クラスター、つまり煤が形成された。

すすを扱うのは汚い仕事だが、今回はそれが報われた。炭素クラスターが可視光を吸収する様子を系統的に測定する作業が報われたのだ。

「私たちは、非常に小さな炭素粒子の光吸収スペクトルを直接測定した最初の研究者です」とハフマン氏は言う。「そして、測定してみると、この特徴がわかりました。」

この特徴は、2,200オングストロームの波長の光が炭素に吸収されていることを示すピークであり、天文学者が星間塵で観察していたピークとほぼ同様だが、完全には一致していない。

ハフマン氏とクラッシュマー氏はこの発見の意味を理解できなかった。「それで研究室に戻って、もっと多くの炭素クラスターを作り始めました」とハフマン氏は言う。「その時、このピークに新しい面白いものが見えるようになりました。実際、3つの小さな波動がそこに見えたのです」。クラッシュマー氏はすぐにそれをカメルサンプル（ドイツ語でラクダを意味する）と名付けた。

それは1983年3月のことで、クラッシュマー氏とハフマン氏はそれが何なのか議論し始めた。「新しい形の炭素かもしれない。馬鹿げている。炭素原子の塊かもしれない。ただのガラクタかもしれない。私たちは主にそれがガラクタの一種だと考えていた」とハフマン氏は言う。

ハフマンが 1985 年に発表した、60 個の炭素からなる新しい分子について論じたクロト・スモーリーの論文を読んだとき、ひらめきが起こった。この奇妙な新物質は、彼とクラッシュマーが見てきたすべての奇妙な現象を説明できるかもしれない。すぐに、炭素に関する研究の焦点は根本的に変わった。ハフマンとクラッシュマーは、自分たちがバックミンスターフラーレンを作ったとはまったく確信していなかったが、その方向に研究を進め始めた。念のため、1987 年にハフマンは大学を通じて「マクロレベルの C-60 を作る提案された方法」に関する特許開示メモを提出した。

1988 年 2 月に特許弁護士から電話がかかってきた時、ハフマンはラクダの特徴を持つサンプルをもう作れないことに気付きました。C-60 の収量を増やすために、彼の大学院生であるローウェル ラムは、主にヘリウムの圧力など、さまざまな条件の組み合わせを変えて実験を改良し始めました。その結果、大量の C-60 が生まれました。ミリグラム単位の量は、これまで誰も作ったことのない量でした。

彼らはまだ炭素 60 があることを証明できる写真を撮ることはできなかったが、その予測される特性に基づいて研究を進めることができた。有機化学者たちはスモーリーの提案に非常に興味を持ち、バックミンスターフラーレンが赤外線を吸収する仕組みを解明しようとしていた。彼らは、赤外線のほとんどは炭素分子を通り抜けるが、4 つの波長だけが吸収されると推測した。グラフにプロットすると、吸収スペクトルはほぼ滑らかな曲線で、強いピークは 4 つだけだった。ハフマンとクラッシュマーがサンプルに赤外線エネルギーを照射すると、予測された 4 つのピークが観察された。ビンゴ!

まあ、ほぼその通りです。実験装置の潤滑に使われた真空ポンプオイルには、独自のピークが 2 つあり、バッキーボールのピークとほぼ一致しています。クラッシュマーは、ピークのうち 2 つがオイルから生じた可能性を排除する実験を行いました。彼は、主要な同位体である炭素 12 よりわずかに重い炭素 13 からバッキーボールを作りました。重い原子は、赤外線ピークを予測可能な量だけシフトすると予測されますが、汚染に起因するピークはシフトしません。予測されたシフトが現れました。バッキーボールは生き残りました。

会議のために、ハフマンとクラッシュマーは「実験室で生成された星間塵類似物に炭素 60 が含まれている可能性」という控えめなタイトルの短い論文を書き上げた。それは 1989 年 9 月にかなり無名の学術誌に掲載された。1990 年初頭までに、クラッシュマーとハフマンは C-60 だけでなく別のフラーレンである C-70 の比較的純粋なサンプルを手に入れた。これでようやく、彼らは自分たちが行ってきたことを科学界に明らかにすることができた。

彼らはそれを1990年9月のネイチャー誌で本格的な形で実現した。ハフマンとクラッシュマーは苦労してバックミンスターフラーレンの作り方を説明し、実際の結晶の写真を掲載した。

何か大きなことが起こっているという噂はすでに漏れ出ていた。本当の驚きは、バッキーボールが簡単に作れるということだった。しかし、科学者がその構造を突き止められるほどの量は、まだ作られていなかった。その仕事は、バッキーボールをやっている今や大勢の研究者たちの中の他の者たちに委ねられた。

「我々は常にその形状が最も可能性が高いと考えていました。そして、それは非常に魅力的だったので、誰もがそれが証明されたかのように話していました」と、当時UCLAに自身の研究室を持っていたウェットンは言う。

ウェッテン氏と同僚のフランソワ・デデリッヒ氏はネイチャー誌の論文を読んで方向転換し、ハフマン・クラッシュマー法の研究を始めた。

カリフォルニア州サンノゼの IBM アルマデン研究所のドン・ベスーンにも同じようなことが起こっていた。クロト＝スモーリーの論文に触発され、彼は別の IBM 科学者ハインリッヒ・フンツィカーがディスクドライブヘッドの汚染を研究するために開発した機械を使って炭素クラスターの研究を始めた。その機械はレーザーパルスを使って有機分子をきれいな表面から持ち上げ、分光計と呼ばれる分析機器に入れて質量を研究する。

しかし、ベスーンもスモーリーと同じような問題を抱えていた。有用な実験を行うのに十分な量の炭素60クラスターが手に入らなかったのだ。そこで彼は別の方法を探し回った。

ある晩、ベスーン氏と同僚は、カリフォルニアのローレンス・リバモア研究所でスモーリーの装置を使用している人物と、その問題について話し合いました。ベスーン氏は、レーザーの前に何か小さな物体を置いてパルスビームを試したらうまくいくかもしれないと提案しました。その返答は、「それは実際には不可能です。マッチに火をつけて金属板に煤を少し付けたほうがよいでしょう。それは、あなたが私にここでやるように頼んでいることと同じくらい愚かなことです」というものでした。

IBM の科学者たちは電話を切って、お互いに顔を見合わせて、燃えるものを探しました。最初に試したのは、すすが出ないきれいな炎で燃えるメタノール、木質アルコールでした。次に紙を試しました。やはりすすは出ませんでした。次に、ベスーン氏はピーナッツの空き缶のポリエチレン製の蓋を見つけました。これで、彼が求めていたすすができました。質量分析計は、60 炭素原子の領域で、求めていたピークを示しました。

ベスーン氏とその同僚たちは、純粋な炭素を燃やして実験をクリーンアップし、炭素60クラスターの大きなピークを確認した。ちょうどその頃、彼らはハフマン＝クラッシュマーの論文を見て、自分たちが何を持っているのかを知った。

その後、彼らは炭素 60 サンプルについて、核磁気共鳴、ラマン分光法、赤外線分光法などの集中的な研究を開始しました。彼らはサンプルを液体窒素温度まで冷却して、室温では猛烈に回転するバッキーボールの速度を落とし、走査型トンネル顕微鏡写真を撮影して、C-60 と C-70 分子の全体的な形状を示しましたが、原子の配置は示しませんでした。IBM グループはすぐに、ハフマン＝クラッチュマーの発見を確認する論文を発表しました。

世界初のバッキーボール製造施設は、1991 年初頭にツーソンの Materials and Electrochemical Research Corp. で稼働を開始し、研究用レベルの量を製造できる特許を取得しました。プロセスは複雑ではありません。操作の中心となるのは、普通のバケツほどの大きさの金属製チャンバーです。チャンバー内のグラファイト電極に流れる電流は、シアーズ クラフツマン アーク溶接機によって供給されます。グラファイトが蒸発した後 (ディーゼル排気ガスのように見えます)、すすがトルエンに溶解され、その溶液を遠心分離して比較的純粋なフラーレンが得られます。「簡単に聞こえますが、抽出プロセスは難しいのです」とハフマンは言います。

「現時点では、需要に追いつけないのが問題です」と彼は付け加える。「1日1グラム以上は生産していますが、時間がかかります」。しかし、廊下の向こうには10倍の規模に拡大する設備があり、将来的にはさらに大きな計画も予定されている。「本当に大きな需要があれば、C-60は最終的に1グラム数セントで生産できるでしょう」とハフマンは付け加える。「10年か20年後には、この物質を生産する大規模な工場が出てくると思います」

C-60 のサッカーボール型の形状が絶対的かつ完全に確認されたのは、1991 年 4 月にカリフォルニア大学バークレー校の化学者ジョエル・ホーキンスとその同僚が分子の結晶構造の X 線写真を初めて公開したときでした。

一方、研究者たちは、バッキーボールのさらに興味深く、潜在的に価値のある特性を発見した。4月、ニュージャージー州ベル研究所の科学者たちは、バッキーボールにカリウムを注入し、マイナス427度Fの温度で超伝導体になることを発見した。これは、あらゆる有機化合物の超伝導温度としては最も高く、バッキーボール研究のまったく新しい分野を切り開くものである。

カリフォルニア州では、ウェッテン氏はバッキーボール分子を時速15,000マイルでステンレス鋼の壁に打ち込んだ。分子は無傷で跳ね返った。「これはこれまで知られているどの粒子よりも耐久性があります」とウェッテン氏は言う。おそらく、非常に大きな圧力に耐えなければならないロケット燃料として使用できるほどの耐久性があるのだろう。

コーネル大学で高圧材料科学を研究するアーサー・ルオフ氏は、バッキーボールは大気圧では「柔らかい」が、中程度の圧力ではダイヤモンドよりはるかに硬いという理論計算を行った。同氏はこの特性が高圧研究の範囲を広げる方法になると考えている。現在、いわゆる「ダイヤモンドアンビル」は400万気圧の圧力を作り出すのに使用されている。ルオフ氏は、試験する材料をバッキーボールの中に入れ、さらに高い圧力を達成することを考えている。

アボリジニ粒子？

IBM のベスーン氏は、これはまだ始まりに過ぎないと言う。「この分子は、天才エンジニアが腰を落ち着けて設計したような感じがします。分子のクリスマスツリーを作る可能性もあります。あらゆる種類の官能基で飾ることができます。これはスイスアーミーナイフのような分子です。」

この柔軟性により、C-60分子は、私たちが知る物質の形成において主要な役割を果たした可能性がある。スモーリー氏は、バッキーボールが100億年から200億年前に赤色巨星の沸き立つ熱の中で実際に生成されたとすれば、宇宙で最も一般的な分子であるだけでなく、最も古い分子の1つである可能性があると推測している。また、衝突時に小さな粒子を集めるのに十分な大きさであるため、おそらく、星間塵粒子、次に岩石、小惑星、彗星、そして惑星自体など、最初の固体物体が凝集する原始的な核として機能したのだろう。e 1991年初頭、ツーソンのMaterials and Electrochemical Research Corp.で、研究用量を生産する特許が付与された。そのプロセスは決して複雑なものではない。操作の中心となるのは、普通のバケツほどの大きさの金属製のチャンバーである。チャンバー内のグラファイト電極を流れる電流は、シアーズ・クラフツマンのアーク溶接機によって供給される。グラファイトが蒸発した後（ディーゼル排気ガスのように見える）、煤はトルエンに溶解され、その溶液を遠心分離して比較的純粋なフラーレンが得られる。「簡単に聞こえるが、抽出プロセスは難しい」とハフマン氏は言う。

「現時点では、需要に追いつけないのが問題です」と彼は付け加える。「1日1グラム以上は生産していますが、時間がかかります」。しかし、廊下の向こうには10倍の規模に拡大する設備があり、将来的にはさらに大きな計画も予定されている。「本当に大きな需要があれば、C-60は最終的に1グラム数セントで生産できるでしょう」とハフマンは付け加える。「10年か20年後には、この物質を生産する大規模な工場が出てくると思います」

C-60のサッカーボール形状の絶対的かつ完全な確認は、1991年4月にカリフォルニア大学バークレー校の化学者ジョエル・ホーキンスと同僚が分子の結晶構造の最初のX線写真を発表したときに行われました。

一方、研究者たちは、バッキーボールのさらに興味深く、潜在的に価値のある特性を発見した。4月、ニュージャージー州ベル研究所の科学者たちは、バッキーボールにカリウムを注入し、マイナス427度Fの温度で超伝導体になることを発見した。これは、あらゆる有機化合物の超伝導温度としては最も高く、バッキーボール研究のまったく新しい分野を切り開くものである。

カリフォルニア州では、ウェッテン氏はバッキーボール分子を時速15,000マイルでステンレス鋼の壁に打ち込んだ。分子は無傷で跳ね返った。「これはこれまで知られているどの粒子よりも耐久性があります」とウェッテン氏は言う。おそらく、非常に大きな圧力に耐えなければならないロケット燃料として使用できるほどの耐久性があるのだろう。

コーネル大学で高圧材料科学を研究するアーサー・ルオフ氏は、バッキーボールは大気圧では「柔らかい」が、中程度の圧力ではダイヤモンドよりはるかに硬いという理論計算を行った。同氏はこの特性が高圧研究の範囲を広げる方法になると考えている。現在、いわゆる「ダイヤモンドアンビル」は400万気圧の圧力を作り出すのに使用されている。ルオフ氏は、試験する材料をバッキーボールの中に入れ、さらに高い圧力を達成することを考えている。

アボリジニ粒子？

IBM のベスーン氏は、これはまだ始まりに過ぎないと言う。「この分子は、天才エンジニアが腰を落ち着けて設計したような感じがします。分子のクリスマスツリーを作る可能性もあります。あらゆる種類の官能基で飾ることができます。これはスイスアーミーナイフのような分子です。」

この柔軟性により、C-60 分子は、私たちが知っている物質の形成において原始的な役割を果たした可能性があります。スモーリー氏は、バッキーボールが 100 億年から 200 億年前に赤色巨星の沸騰する熱の中で実際に生成されたとすれば、宇宙で最も一般的な分子の 1 つであるだけでなく、最も古い分子の 1 つでもあると推測しています。また、衝突時に小さな粒子を集めるのに十分な大きさであるため、おそらく、星間塵粒子、その後の岩石、小惑星、彗星、そして惑星自体など、最初の固体物体が凝集する原始的な核として機能した可能性があります。

（編集者注：この記事の以前のバージョンでは、サー・フロト氏が79歳で亡くなったと誤って記載されていました。享年76歳でした。ポピュラーサイエンスは誤りをお詫び申し上げます。）