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2010年11月19日 (金)

グラフェンはすごい!

9月にグラフェンについて、このブログで紹介した直後にノーベル物理学賞の発表があり、グラフェンの発見者が受賞した。最初にそのニュースを見たとき「なんでカーボンナノチューブじゃないの?」と思った。

そこで今回は、このグラフェンの続編を書くことにする。

といっても、管理人にはそんな高度な物理学の知識はない。 たまたま、UCLAのポスドクの人の講演を聞く機会があって、そこでグラフェンの解説もあったので、それをもとにグラフェンの何がスゴイのかをひも解いてみる。

というか、以下の説明は、講演してくれたポスドクのひとのウケウリだ。

<講演をしてくれたUCLAの Hさん、Thank you so much!
   ご厚意に甘えて、一部を引用させていただきます。>

グラフェンでノーベル物理学賞がとれた理由

そもそも物理学の世界で炭素の平面構造は理論的に予測されていたのだそうな。1947年にWallaceという人がバンド構造を予言して、1956年にMcClureという人がランダウ準位なるものを予言していたらしい。そして1990年代にカーボンナノチューブで量子ホール効果が検証された。

そして今回グラフェンの発見によって、100%透過する「完全な量子トンネル効果」が確認されたのだそうだ。

スゴイのはこの「完全な量子トンネル効果」で、これはO.Klein(1928)という人が提唱した”粒子には分身・反粒子が対となる”というDirac粒子(方程式)が電子にも適用されることを間接的に裏付けることになるのだそうだ。

このような量子電気力学が予測する奇妙な現象を観測するには、ブラックホールの中とか高エネルギー加速器の中のような場所が必要なのだが、グラフェンを用いることによって、地上での検証ができる可能性がでてきた、、、、、これがグラフェンのスゴさなのだ!

  ここまで書いて、ひどい頭痛に襲われた。

  コレは管理人の能力の限界をはるかに超えている。

気を取り直して、もう少し話を進めよう。

上記の反粒子の理論はこうである。

「相対論的電子がポテンシャルバリアに入射するとき、バリアが高くなるほど透過率(T)は高くなる。特に、バリア高が無限大のとき、T=1である」O.Klein(1928)

これを少し分かりやすい日本語で言い直すと、、、、

  電子には反粒子である陽電子が存在する
    ↓ 
  エネルギー障壁に当たると反粒子に変化する
 (反粒子からみるとエネルギー障壁は谷となり、難なく透過する)
    ↓ 
  障壁を超えると粒子の状態(電子)となって現れる

みなさん、イメージできますか????

ところで、この反物質はハリウッド映画の中にもすでに登場しているのを知っていますか?
ダヴィンチ・コードの続編の「天使と悪魔」の最初のシーンで、物理学者が反物質を作り出すことに成功します。それをワル者が奪って最後の大爆発のシーンになります。

 ・・・おそるべし、ハリウッド!

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