驚異の素材グラフェン：成功への道のりは？

「地球上の生命の基本材料である炭素は、二次元の素材グラフェンの革新的な実験によって、わたしたちを再び驚かせた」

2010年にノーベル賞委員会は、ノーベル物理学賞をマンチェスター大学のアンドレ・ガイムとコンスタンチン・ノヴォセロフに授与するにあたりこう表現した。

ガイムとノヴォセロフは、そのわずか数年前の04年に、粘着テープで遊んでいてこれを発見した。ごく普通のグラファイトの断片にテープを貼り付けることで、非常に薄い原子1つ分の厚さの素材を、そっとはぎ取ることに成功したのだ。そしてすぐに、この極薄の炭素シートがもつ潜在能力を見抜いた。シリコンの100倍の電気伝導率があり、鋼鉄の200倍の強度があり、驚くべき光学的・熱学的特性をもっていることを。

グラフェンの応用は多様で、非常に期待がもてる（参考：世界で最も薄い素材：グラフェンはわたしたちの生活を変えるだろうか？ ）。WIRED.comが報じているように、いまはまさに理論から実践に移るときだ。ただし、1990年代に開発されたカーボンナノチューブが半ば不成功に終わったのを繰り返すというリスクがある。カーボンナノチューブは一時期名を上げたが、結局は忘れ去られてしまった。

Lux Researchのアナリストで、リポート「グラフェンは未来のシリコンか、カーボンチューブの再来にすぎないか？（原題：Is Graphene the Next Silicon … Or Just the Next Carbon Nanotube ）」の著者であるロス・コザルスキは、「例えばカーボンナノチューブのようなナノマテリアルについて議論するときは、性能の高さが常に投資のリターンの大きさに結びつくとはかぎらないことを考慮しなければならない」と主張している。

いまはグラフェンの番だ。ノヴォセロフは最近、今後20年の研究開発のスケジュールを明らかにし、彼の大学はグラフェン研究の世界的中心地として注目を集めている。科学者たちによると、最初の応用は折り曲げ可能なディスプレイで、3年以内に実現するだろう。

そのあと、低電力消費の超高速プロセッサーやメモリーチップのような最初の電子機器が登場するはずだ。この驚異の素材を基にしたテクノロジーは、科学者たちがムーアの法則（18カ月ごとにプロセッサーの能力が2倍になると予想している）のペースを維持するのを助けることができるだろう。

現在は、シリコン回路の小型化が企業にとって大きな障害となっている。チップが小さくなればなるほど、ナノスケールではカオスが増大する。というのも電子が不安定になり、熱したフライパンの上に落とした水滴のような振る舞いをするようになるからだ。しかし科学者たちによると、グラフェンの量子力学的特徴は、この無秩序から抜け出して、小型で低電力消費でも非常に高速な機器を実現する方法を提供してくれるという。例として、がん細胞を探して人間の静脈の中をさまよう砂糖の粒の大きさの生物学的センサーなどが挙げられる。

大企業の反応も、後手に回ることはなかった。このことは、世界中で出願された特許の量からもはっきりとわかる。サムスンだけで407以上もの特許を取得していて、グラフェンを用いた製品を生み出して商品化しようとするスタートアップが同時発生的に多数生まれている。そうした企業がGrafoid、National Nanomaterials、Xolve、haydaleなどだ。

しかしLux Researchによると、彼らの運命がどのようになるかが判明するにはまだ早いという。アナリストたちの推定によると、今年のグラフェンの市場はわずか900万ドルでしかなく、2020年に1億2,600万ドルになるとのことだ。しかし、12年の企業や大学の研究開発センターの支出の総計が約10億ドルだったことを考えれば、まだあまりに少ない。「根本的な問題は主にグラフェン製造の方法ですが、これはまだ解決していません」と、IBMの研究員ペードン・アボーリスは語る。「現時点では、どうすれば大規模での応用にたどり着くことができるかがはっきりしていません」。

ただし、それにより応用が不可能ということにはならない。本当の問題は、まさにこの素材があまりに万能であることにあるという人もいる。このことが、いままで市場における適切な地位を見出す妨げとなってきた。

明白な例がナイロンだ。開発と商品化の間にわずかな年月しかかかっていない。これは、すぐに女性用のストッキングという適切な市場が見つかったからだ。「素材を応用するものがひとつだけなら、急速に経済的な成功を収める確率が高くなります」と、グラフェンに懐疑的な意見をもつ、セント・ベネディクト大学およびセント・ジョーンズ大学准教授のサンフォード・モスコウィッツは断言する。しかしマンチェスター大学では、そうしたことは気にかけていないようだ。

TEXT BY SANDRO IANNACCONE

TRANSLATION BY TAKESHI OTOSHI