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2010年10月 5日 (火)

ノーベル物理学賞2010

The Nobel Prize in Physics 2010:

Andre Geim
Konstantin Novoselov

for groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene

今年の物理学賞は「二次元材料グラフェンに関する画期的な実験」に。

それにしてもグラフェンですか。驚きました。
フラーレンのノーベル化学賞からもう14年も経つんですね。
カーボン材料で次にノーベル賞を獲るのなら
きっと飯島さん(カーボンナノチューブ)だと・・・orz

グラフェンは炭素原子の共有結合からなる二次元の単層シート。
炭素原子がsp2混成軌道と呼ばれる電子雲の張り出しをつくる場合、
上図にあるように炭素原子による六角形の格子が形成されます。
この六角形の格子の単層シートがグラフェンで、
何層にも重なってあるものがグラファイト(黒鉛)。
図にある鉛筆の芯ですね。
そして、グラフェンをぐるっと巻いて筒状にしたのが、
単層のカーボンナノチューブということになります。

グラフェンは炭素原子だけからなるシンプルな構造なので、
簡単な近似で電子状態計算ができることもあり、
グラフェンシートが精製される実験までに、
その物性が先行して明らかになった経緯があります。
すぐれた電気伝導性や汎用性の高さから、
古くより「将来のナノエレクトロニクスデバイス材料」として
大いに期待され続けていました。
ただ、グラフェンシートを実験的に手に入れることができない・・・

そんななか、グラフェンを手に入れる革新的な手法を編み出したのが、
今回の受賞者であるガイムとノヴォセロフ。
2004年、粘着テープを介してシリコンウエハ上のSiO2層に移すことにより
黒鉛からグラフェンシートを抜き出すことに成功しました。
“Scotch tape(セロハンテープ)法”と呼ばれるこの実験手法により、
グラフェンシートを手に入れることができるようになり、
ようやくナノテクノロジーに応用する段階に到達したわけですね。
それと同時に、彼らは実験で得たグラフェンから
異常量子ホール効果がグラフェンに見られることも発見しました。
そのあたりも含めて評価されたのだと思われます。

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