鉛筆に使われている黒鉛（グラファイト）はカーボン原子がつくる六角形の平面が積み重なってできています．2004年にNovoselovとGeim達はとてもシンプルな粘着テープを用いて積み重なる平面の１枚だけを世界で初めて取り出しました．この取り出された１枚の平面をグラフェンと呼びます．グラフェンは原子１つ分の厚みしかないことから，最も薄い材料と考えられています．このグラフェンに電気を流してみるとグラファイトとは異なり電子がとても速くグラフェン中を進むことが発見され， NovoselovとGeimは2010年にノーベル物理学賞を受賞しています．

グラフェンとその仲間たち

実は他にも平面が積み重なっている物質はたくさん存在し，それらも同じ様にとても簡単な手法で１枚のみを取り出すことができます．元素の組合せが変わると特性が変わるため，元となる材料を変えることで取り出される１枚の材料の特徴も変化します．この取り出されたグラフェンとその仲間たちはいずれも厚みが原子数個分しかないため，最薄の物質たちになります．これらは二次元材料とか原子層材料と呼ばれています．

人の手による物質

ところで物質を作っている原子を思い通りに並べられたら理想的な機能をもつ物質を実現できるとは思いませんか？ところが人の力ではとても小さい原子同士のならびとつながりを正確に制御することはできません．そのため原子達がこちらの思っているように動いてくれるように周りの環境を人が制御して，求める物質を作っています． ところが二次元材料の場合は厚みがほとんどありません，そのためレゴブロックのように人の手で積み重ねることによって理想的な機能をもつ物質を創ることができます．これをvan der Waals物質と呼び，どのような機能が実現できるか世界で研究がされています．