ナノ炭素材料・グラフェン| 徳島大学永瀬雅夫教授

徳島大学理工学部理工学科電気電子システムコース永瀬雅夫教授

ナノ炭素材料・グラフェン

徳島大学
理工学部理工学科電気電子システムコース

永瀬雅夫教授

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30分のミニ講義を聴講しよう！ナノ炭素材料・グラフェン

現在、電子素子の主流であるシリコンに換わる可能性のあるナノ炭素材料・グラフェンの作り方とその特徴について述べます。グラフェンは2010年にノーベル物理学賞の対象となった新材料で、その優れた電気特性から次世代半導体材料として期待されています。

先生からのメッセージ

私がナノという極小の世界に興味を持ったのは、「見えないものを見えるようにしたい」という思いからです。言葉にすると簡単ですが、見えないものを探すということはとても困難なことです。それをいかに探して、見えるようにするのかが研究の難しいところですが、成功すれば大きな充実感が得られます。
高校生のうちは、新しいことや未知のことに出会う機会が多いでしょう。そのようなときには興味を持ってさらに一歩踏み込んでみることが大切です。好奇心と前に進む姿勢を大切にしながら、勉強を続けてください。

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夢ナビ講義も読んでみよう地上最強、史上最速！？　～究極のナノ材料グラフェンの可能性と課題～

炭素が秘める大きな可能性鉛筆の芯からダイヤモンドまで、炭素原子だけでできている物質はたくさんありますが、その中にグラフェンがあります。グラフェンは、元素同士を結び付ける「手」が3本しかない2次元構造をしており、その薄さは原子1個分という究極のナノ材料です。炭素原子同士の結び付きがどの物質よりも強いことから「地上最強」とも呼ばれています。また、グラフェンの上と下には電気を通すπ（パイ）電子が薄く広がっており、とてつもない速さで電気を通すことから「史上最速」の電子材料としても知られています。テラヘルツの未来が見えるグラフェンの並外れた性質を発見したマンチェスター大学の研究者アンドレ・ガイム氏は2010年にノーベル賞を受賞し、原子1個分という薄さや、六角形という対称性が高い構造を持つことで、さまざまな分野に応用できる素材として大きな注目を集めました。電子材料としてみると、現在半導体に使われているシリコンよりも100倍近いスピードで電気を通すことができるため、CPUの動作速度を飛躍的に高めることができます。現在、性能の良いCPUの処理速度は4～5GHz（ギガヘルツ）程度ですが、これが100倍になり、その先には1THz（テラヘルツ）の世界も見えてくるのです。量産化が課題世界各地で量産化の試みがなされましたが、グラフェンの採取の仕方が課題となりました。主に進められているのは、炭素の塊であるグラファイトに粘着テープを張り付けて剥がす、という工程を繰り返して、最終的に残ったグラフェンを採取する方法です。しかし、この方法では量産化が難しいため、シリコンカーバイド（SiC）を使う採取法が開発されました。シリコンとカーボンが結び付いた物質を1600度まで加熱するとシリコンだけがなくなり、残ったカーボン原子が結び付いてグラフェンを作るという方法です。この方法で作られたものは、電子が走るスピードに課題は残るものの、産業に応用できる大きな可能性を持っています。