ITを支える次世代技術“カーボン・ナノチューブ”で大きな一歩

小林雅一

2001.09.03

　米IBM研究所が，カーボン・ナノチューブ（carbon-nanotube）を使った論理素子の開発に成功した（関連記事：「ムーアの法則を超える！」，米IBMが単一分子でコンピュータ論理回路“NOTゲート”を実現）。シリコン基板に配線をエッチングする現在の方式に代わる，次世代素子としての期待が高まってきた。

　カーボン・ナノチューブは，六角形の炭素分子を敷き詰めた極薄のシートが丸まって筒状の構造になっているもの。その厚さは炭素原子10個分。人の髪の毛の約10万分の1という薄さだ。極小の微細加工技術，いわゆるナノ・テクノロジーのなかでも，最も実用化に近い技術として期待されている（nanoは10億分の1を意味する）。

　シリコンを使った現在の半導体集積技術は，今後15年以内に物理学上の限界に突き当たると予想されている（関連記事：土俵際のIT革命）。15年後以降に，より高速で集積度の高い素子を作るには，全く別の方式に切り替える必要がある。現在のシリコン基板と同じ面積に約1万倍のトランジスタを集積できるカーボン・ナノチューブは，有力候補の一つである。

　カーボン・ナノチューブは80～90年代にかけて，英サセックス大学（Sussex University）のHarold Krote，米ライス大学（Rice University）のRichard SmallyとRobert Curl Jr.の3氏，そして日本の飯島澄男氏（NEC主席研究員，名城大教授）らの研究・実験によって，その存在が予言・確認された。英米チームの3氏はこの功績により，1996年のノーベル化学賞を受賞している。

　Smally氏はその後，Carbon Nanotechnologies（http://cnanotech.com/）と呼ぶ会社を興し，ここでカーボン・ナノチューブの商業生産に乗り出した。現在の生産量は1日あたり25gと，まだ大量生産はできない。また価格も1gあたり200ドルと高い。

　ここで製造されたナノチューブを使って，IBM社の研究チームは今回の開発に成功した。開発したのは，「AND」「OR」「NOT」と3種類ある基本ゲートのうち，最も単純な「NOT」ゲート。そのサイズは今のところ，シリコン上の素子よりも大きいが，小型化は時間の問題という。

　これまでカーボン・ナノチューブを使ったトランジスタは，ホールが電子の海を移動する，いわゆるp型しか存在しなかった。今回IBMチームは，カリウム原子を吹き付けることによってn型の開発に成功し，両者を組み合わせて「NOT」ゲートを実現した。詳細な研究成果は，9月に発行されるNano Letters誌に掲載される。IBM社の研究チームは今後，残り2種類のゲートの開発に取り組む予定だ。

　カーボン・ナノチューブは集積回路のほかにも，伝導性プラスティック，燃料電池，鋼鉄よりも強い堅牢糸，さらにテレビやパソコンのディスプレイなど，多方面への応用が期待されている。またの生産には，前述のCarbon Nanotechnologies社のほかに，米Fullerene International（http://www.fullereneinternational.com/）や日本の昭和電工（http://www.sdk.co.jp/）も携わっており，材料生産については一つの産業領域を形成しつつある。

　現在のIT（情報技術）を支えるシリコン半導体。その物理的限界が迫るなか，カーボン・ナノチューブにスムーズにバトンを渡せるかは大きな意味をもつ。開発研究に拍車がかかっているものの，まだまだ多くの課題が残されている。正念場はこれからだ。

（小林　雅一＝ジャーナリスト，ニューヨーク在住，masakobayashi@netzero.net）
■著者紹介：（こばやし　まさかず）

1963年，群馬県生まれ。85年東京大学物理学科卒。同大大学院を経て，87年に総合電機メーカーに入社。その後，技術専門誌記者を経て，93年に米国留学。ボストン大学でマスコミの学位を取得後，ニューヨークで記者活動を再開。著書に「スーパー・スターがメディアから消える日----米国で見たIT革命の真実とは」（PHP研究所，2000年），「わかる！クリック＆モルタル」（ダイヤモンド社，2001年）がある。