超高速で計算するコンピュータやAIチップ、光を使った最先端の通信技術、超伝導現象を利用したリニアモーターカー……、これら先端技術は物理学の知識や研究成果を応用して開発された技術です。このように、物理学の成果を社会の発展のために応用するのが応用物理学の役割です。そのため「基礎工学」ということもあります。応用物理学は、物理学と共通する研究テーマも多くありますが、“応用”に軸足がのっているため、物理学科が理学系の学部に属するのに対して、応用物理学科は多くの大学で工学系の学部に属しています。

応用物理学の研究対象は、そもそも物理学の研究対象が広いために、必然的に多岐にわたります。そのなかでも現在は「物性の研究」「新材料の開発」「計測技術の開発」「情報処理技術の開発」の4つが大きな柱となっています。

まず「物性の研究」ですが、物性とは、硬い、柔らかいといった硬度、超伝導や半導体、絶縁体といった導電性、磁性などさまざまな物質の性質のことです。物性の研究では、それぞれのモノはどんな状態のときにどんな物性をもつかを研究したり、その性質を制御するための研究をしたりします。特に現代の産業の核であり、世界中で開発競争が激化している「次世代半導体」の進化や、驚異的な計算力を実現する「量子コンピュータ」の基盤となる量子技術は、この物性研究がもたらす最大の成果です。研究対象も物質のみならず、電子や陽子、中性子、光子といった量子にまで及びます。

「新材料の開発」では、すぐれた性質を持つ新しい材料の発見・開発を行います。現在、半導体の性能を極限まで高める新素材や、電力ロスをゼロにする高温超電導体、さらには電子の代わりに「光」を使って圧倒的な超省エネ・超高速処理を実現する光電融合デバイスなど、エネルギー問題をはじめとする社会の課題を解決するカギとなる新材料の開発に多くの研究機関がしのぎを削っています。

「計測技術の開発」では、あらゆる物理量をより精密に計測する技術の開発・改良の研究が行われています。とくに原子1個のレベルを観察・制御するナノテクノロジーや、レーザーなど光を使った超精密計測にAIを融合させた画像解析技術などが注目されています。「情報処理技術の開発」では、物理現象をそのまま計算に利用する量子情報処理や、次世代の制御技術の開発を行っています。自律型の知能ロボットや次世代通信システムの研究なども進められています。

以上のように、応用物理学は物理学の知見を応用するものですが、逆に、応用物理学の成果で生まれた最新の半導体や超精密な計測技術が、新しい物理現象を発見して物理学の理論に影響を与えることもあります。

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