底に部屋を見つける - ナノテクノロジーとナノ材料の歴史

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ノーベル物理学賞を受賞した世界的な物理学者であるリチャード・ファインマンは、1959年にカリフォルニア工科大学で行った講演で、当時の最先端技術を大きく凌駕する機械装置や電子装置の小型化の展望について概説した。技術者たちがミクロン単位で語るのに対し、ファインマンは分子のサイズや距離にまで踏み込むことを提案した。講演のタイトルは「底には部屋がたくさんある（There's Plenty of Room at the Bottom）」。以来、この講演は、科学と工学の新しい分野であるナノテクノロジーの象徴であり、画期的なものとなった。

画期的な仕事にはよくあることだが、ファインマンの空想と予測が浸透し、花開くまでには時間がかかった。1981年の走査型トンネル顕微鏡（STM）の発明は、ナノの世界への門を大きく開いた。STMは、物質の分子構造の複雑さを見るだけでなく、個々の原子を操作することも可能にした。

その直後の1985年、ライス大学の科学者たちは、炭素原子だけで構成された規則的な分子構造体であるフラーレンを発見した。フラーレンの名前は、複雑な幾何学的形状を好むアメリカの建築家、バックミンスター・フラーの革新的なデザインに似ていることに由来する。フラーレンの研究が深まるにつれ、今ではよく知られるカーボンナノチューブなど、さまざまなフラーレンが生み出された。

しかし、概念的には、これらはすべて科学者による手作業の縮小版であり、ナノ材料が費用対効果の高いものになることは難しいように思われた。1986年にエリック・ドレクスラーが著書『創造のエンジン』を出版するまで、彼は分子アセンブラー（自己複製が可能な自律型ナノマシン（ジョン・フォン・ノイマンによる初期のアイデアに似ている））というアイデアを探求し、協調的に行動し、ナノスケールの世界の工場のような役割を果たすことができた。このコンセプトは、技術者や科学者の間で、そのようなマシンが暴走した場合に起こりうる最悪のシナリオに対する懸念を高めることにつながった。

さらに最近では、炭素の単原子層であるグラフェンの発見と、それを得る画期的な方法が注目され、発見者は2010年のノーベル物理学賞を受賞した。さまざまな技術的応用が可能なグラフェンは、現在ナノテクノロジーで最もホットな話題である。その用途は、高速エレクトロニクスから効率的なエネルギー貯蔵、超耐久性部品まで多岐にわたる。

今日、ナノテクノロジーの物語はまだ終わっておらず、私たちはほぼ定期的に科学的ブレークスルーを目にしている。経済的な実現可能性が高まり、エンジニアリング・プロセスがますます洗練されるにつれて、世界規模での真のナノテクノロジー革命が間近に迫っていることは間違いない。

Chin Trento

イリノイ大学で応用化学の学士号を取得。彼の学歴は、多くのトピックにアプローチするための幅広い基盤となっている。スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）で4年以上にわたり先端材料の執筆に携わる。彼がこれらの記事を書く主な目的は、読者に無料で、しかも質の高いリソースを提供することである。誤字、脱字、見解の相違など、読者からのフィードバックを歓迎する。

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