ルイジアナ州立大学の研究によると、科学者たちは、これまで液体には不可能とされていた強力なレーザー技術を用いて、液体中の超高速分子間相互作用を観察する方法を発見した。2026年1月5日に発表されたチームの発見は、ほぼ同一の化学物質を混合した場合、ある組み合わせが異常な挙動を示し、光の量が減少し、単一の高調波信号が完全に消失することを示した。

シミュレーションの結果、わずかな分子間相互作用が電子の運動を妨げていることが示された。この発見は、液体が電子の挙動を著しく変化させるような形で一時的に組織化される可能性があることを示している。研究の筆頭著者であるLSU化学科のケネス・ロパタ教授は、「それはまるで、つかの間の分子の握手を見ているようだ」と述べている。「この握手は、短い時間ではあるが、電子の動きや光との相互作用を劇的に変化させる。」

研究チームは、高エネルギー光子を生成するために強力なレーザーパルスを使用する高次高調波発生（HHG）と呼ばれる技術を採用した。従来、HHGは主に気体で使用されていたが、ロパタのチームはそれを液体溶液に応用した。このプロセスでは、強力なレーザーを液体に照射し、電子を加速させて異なる周波数、すなわち高調波で光を放出させる。これらの高調波のパターンは、液体の分子構造とダイナミクスに関する情報を提供する。

実験では、研究者らはメタノールとフルオロベンゼンを混合した。その結果、混合物は予想よりも光の量が少なく、高調波信号の1つが欠落していることが観察された。計算モデリングを通じて、フルオロベンゼン分子がメタノールの溶媒和構造を破壊し、電子の運動を妨げる障壁を作り出していることを突き止めた。この干渉が、放出される光の特定の周波数を抑制した。

この研究の意義は、材料科学や創薬など、さまざまな分野に及ぶ。液体中の分子がどのように相互作用するかを理解することは、特定の特性を持つ新しい材料を設計したり、より効果的な薬物を開発したりするために不可欠である。ロパタは「液体は、多くの化学反応が起こる媒体である」と説明する。「これらの超高速相互作用を観察できることは、これらの反応がどのように起こるかについて、新たな視点を与えてくれる。」

AIと機械学習の開発は、これらの実験で生成される複雑なデータを分析する上で、ますます重要な役割を果たしている。AIアルゴリズムは、人間が検出するのが困難なパターンや関係性を特定し、科学的発見のペースを加速させることができる。本研究では、AIをシミュレーションデータの分析に使用し、電子の運動を妨げている分子の握手を特定した。

今後の研究では、他の液体混合物の探求や、さまざまな分子間相互作用の役割の調査に焦点を当てる予定である。研究チームはまた、HHGデータを分析するための新しいAI搭載ツールを開発することも計画しており、これにより液体の挙動に関するさらに詳細な洞察が得られる可能性がある。これらの発見は、化学反応を制御し、新しい材料を作成するための新しい技術の開発につながる可能性がある。