【水谷 亘（みずたに・わたる）＠産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門　単一分子・界面技術グループ　主任研究員】

　研究：プローブ顕微鏡、有機分子の構造生成と機能評価
　著書：『ナノテクノロジーの最前線 アトムテクノロジーへの挑戦１　ナノテクで原子分子を見る触る操る』共著、日経BP社
　翻訳：リード/ツアー「熱を帯びる分子コンピューター開発」日経サイエンス2000年10月号, 53-61
　　　　ホワイトサイズ／ラヴ「ナノ構造を作る新技術」日経サイエンス2001年12月号, 30-41

　ホームページ： http://staff.aist.go.jp/w.mizutani/
　　　　　　　　 http://staff.aist.go.jp/w.mizutani/nanotech/
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○今週からまた新シリーズです。今回からは産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門の水谷亘さんのお話です。ナノ（１０億分の１ｍ）のスケールの技術として、ナノテクノロジーが注目されています。いろいろな期待が高まっていますが、ナノテクノロジーは多種多様、様々な技術を含んだ幅広い概念の言葉です。その中の一人はどんな研究をなさっていらっしゃるのか。ご研究の一端を伺ってみようと思います。（編集部）

…前号から続く　（第４回）

[09: 分子素子の未来]

○素人なのでよくわからないんですけど、こういうのができると将来的には、どういうところに応用されていくものなんですか。

■分子エレクトロニクス自体は、シリコンのエレクトロニクスの後追いをしていてもしょうがないじゃないのという批判は当然あるんですよ。
　ただ、シリコンの微細化のスピードが、2015年ぐらいで1ナノメーターを切ってしまうという、いわゆるムーアの法則というのがありますね。その次に行くために、分子がどうしても必要というのが、大きなモチベーションになっているんです。
　そのぐらい小さいものを作るとなると、大きなシリコンの固まりを削ってエッチングしてポジションしてという作り方だと、もう原子の数個のばらつきで特性が変わってしまうと。それよりは、最初から同じものが大量にできる分子を使ってその部分を置き換えてやれという発想なんですね。そうすると、性能的にも均一なものになるだろうし、値段的にも安くなる。

○精度や大きさのオーダーでいうと、どれぐらい違うものなんですか。その辺がいまいち、よくわからないのですが。

■それはたぶんリソグラフィーの現状から説明した方がいいと思います。
　今、光リソグラフィーが大量生産には使われているわけなんですけど、100ナノメーターを切っていくとなると、波長自体を短くしなければいけない。
　そうすると、極端紫外、いわゆる真空紫外とかいわれている領域に入ってきて、扱いがすごく難しくなってくるんですね。大気中に通すとオゾン化しちゃってすぐ減衰するので、真空中に光を通さなきゃいけないとか、あるいはエネルギーが高いのでマスクなんかもすぐにぼろぼろになっちゃうとか。
　そういう技術を使えばたぶん50ナノとか10ナノまで、今のリソグラフィーのプロセスをそのまま、短波長のものでどんどん高めていけばできるはずだといわれています。

○去年だか今年だか、インテルがリリースを出していたのは、そういう技術ですよね。

■そうですね。だから15ナノメーターのゲート長ができたとか言っているんですけど、非常にコストがかかるし、歩留まりも今のところは上がってないでしょう。
　その15ナノとか20ナノに対して分子1個だと、2ナノとか、その程度です。1ナノまで行くかどうかわからないんですけれども、ある種、大きさがないと分子自体が機能を持ちえませんから。10ナノくらいはできるんじゃないかというのが、分子素子をやろうと言っている人の主張なんですね。

○なるほど。

■それで、本当に置き換えるだけの性能があるのかというのは、まだ未知数というか……。
　シリコン技術の研究に、人とかお金が投資されていますからね。分子エレクトロニクスなんていうのは、本当にそれに比べればカスミたいなものなので、それでシリコンを追い抜くかというと、今のところ難しいんですけれども。

○カスミ……。そんなもんなんですか？ これだけナノテクと言われているのに。

■ええ、そうですよ。
　ただ、微少なところに行ったときのオルターナティブな技術としては必要になるだろうと、我々は思ってやっています。

○うーん。どうしても、何度聞いても、正直言ってぴんとこないんですよね。分子素子の可能性って。
　長い間というか、結構前から、そうですね、25年ぐらい前からですかね、そういうのが言われ始めたのは。でも、25年たってまだ、何だかメモリができたとか、トランジスタができましたとか、そんな感じなわけですよね。
　将来的に、これからいきなりドドッと行く可能性はあるのかないのか。そのへんがいまひとつよくわからないんですけど。

■ああ。ですから、最初に提案されたときは本当に理論的なものだけだったんですよ。だから、こういう分子で軌道がこういうふうになっているから、こういうふうに電極を付ければダイオードになるよと。
　それを今度はLB膜で分子1層ごとに並べられるようになりましたと。
　だからこれでこういう分子を並べたらこういうダイオードができたよとか、そういう話が出てきて。
　それ以上どうにもならんじゃないのというので、分子素子というのは一度ポシャっているんですよ（笑）。

○やっぱり一度ポシャったんですか。

■ポシャってます。
(先の池上さんの解説 http://www.etl.go.jp/~4221/LB.html にもその辺の事情が書かれています。)

○それは何年ぐらいなんですか、ポシャったのは。

■STMが出はじめた頃ですよ。だから1980年代ですね。1990年代になると、STMで本当に分子一個一個が見えたり、分子・原子をマニピュレートできるようになって……

○もうできるじゃないのっていう話になって。

■うん、できそうじゃないのっていう話になってきて。それで、セルフアセンブル膜という、うまいこと金属に、電極に付ける手法がいろいろできるようになってきたと。それで、じゃあ、そろそろまじめに研究してもいいんじゃないのといってやっているわけなんですけれども、またちょっと暗雲が立ちこめているといえば、いえるんですけどね（笑）。

○暗雲？

■シェーンたちの話がね。あれが論文の捏造じゃないかっていう話になってますけどね。

○でも理屈のうえではありえる話じゃないですか。

■ええ。だからポシビリティーというのがあるんですよね……

○理屈というか論文の図だけ見せてもらうと、ああ、なるほどな、なんていう感じは しますけど（笑）？

■ええ、だから、みんな半信半疑でできるんじゃないのと思っていたわけですよね。
　ポシビリティーとしてはあるんですよ。ただ、そういう悪評が立っちゃうと、研究自体が難しくなるんじゃないかと心配しているんです。

○ははあ。

[10: 分子のドメイン]

○最近はセルフアセンブル膜の中に、アイランドじゃないですけど、ばかばか中にモノを入れて機能を持たせようというような話もありますよね。

■はいはい。あります。

○これを将来、制御しようというか、特定の場所に置いて、配線引っ張ってとかいうようなことってできるんですかね？
　現段階では基礎研究だということはとわかるんですけど……。

■そうですね。これは本当に基礎研究の部類でしょうね。あるいは、ある分子が分子素子に使えるのか評価するための「テストベッド」の一つという位置づけも可能だと思います。
　我々としては、こういうことをやっるから、予算書に分子素子の市場規模を書けと言われても、「はい、はい」と数字が言えない段階なんですけれども（笑）。
　特に、金の上のチオールというのは、モデルケースとして非常にきれいなものなんです。再現性もいいですし。実際に、STMで分子一個一個が見えるということで、分子間の相互作用を調べたりとか、埋め込んでその一分子の導電性を調べたりとか、そういう意味では非常におもしろい、やっていていろいろなことがよくわかる系なんですね。

○これって分子なんですか。

■分子のドメインなんですよ。この導電性の分子を絶縁性の分子膜の中に埋め込みまして、埋め込んだら分子間の相互作用でドメインを作るわけですね。それがどのぐらいの強さの相互作用があるとドメインになって、どのぐらいだったらばらばらになるかというのも、いろいろ調べたりしているんです。
　それを今度は、じゃあ、物性としてはどう違うのと。それで、形としては確かにこんなふうに見えますけど、バリアハイトですね、仕事関数と関係している量が測れるのですが、これで見ると、ドメインの部分は局所的にバリアハイトも確かに違っているよということがわかったということです。

○そのドメインは、何個ぐらいの分子からできているんでしょうか。 ■20～30個ですね。

○どういう形のどういうドメインになるかとかは、わかるんですか。

■今のところ、細かい制御はできてないです。

○例えば、機能に影響するのか、しないのかは、どうなんですか。

■アニールすると基板の結晶方位に沿って一次元的なドメインになるとか、ある種の分子は丸いドメインになりやすいという傾向はあります。
　ラインとか、は丸いものだと、たぶん導電性の異方性が出てくるはずなので、非常におもしろいと思うんですけど、まだそういう物性を議論できる段階じゃないですね。

○それは、逆に言えば、今後のおもしろいところということでしょうか。

■そうですね、勝手にできるドメインの形状を制御するのは難しいので、ある種、基板にプリパターンみたいなものを作っておいて並べるという方法もあります。
　それは過去にもやっていて、例えば、ガリウム・ヒ素とアルミニウム・ガリウム・ヒ素の超格子構造というのを、これは本当にMBEで作ってもらうんですけど、作っておいて、それの断面をとって、そこに一次元的にSAMを並べる。この場合、ガリウム・ヒ素の上だけに並ぶんですけれども。

○なるほど。既存技術との組み合わせですね。

■あるいは、AFMで電解をかけることによって、酸化膜をさらに電界支援酸化というかたちでパターニングすることができるんです。そのときも条件を選んでやるとSAMが付かない酸化膜を作ることができて。その上には付かないので、もともとの残っているところだけに付くので、電界酸化したところに付かないというようなかたちで一次元的なものを作るとか。
　こういうパターニングするためのテクニックというのはいろいろなものがあって、我々としても試したり可能性を調べたりしているわけです。その一つが「ソフト・リソグラフィー」ですね。

○次号へ続く…。

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◇朝日　太陽系に巨大小惑星発見、冥王星の外側回る　米グループ
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◇朝日　＜薄型デジタルカメラ＞　工場が共感してくれた　萩森仁さん　ミノルタ　カメラ事業部カメラ事業企画部（３７歳）
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◇朝日　「ビッグバン」直後の５兆度再現に成功
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◇朝日　「やせの大食い」解明　体の脂肪を燃やすたんぱく質発見
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◇朝日　巨大クラゲ、ゆらゆら異常発生　漁に深刻な影響　日本海
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◇朝日　運動せずホルモン注射で脂肪燃焼　東大グループ確認
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◇東京新聞　１５歳未満の移植容認６０％　法改正へ動き活発化も　３６％が「自分の臓器提供」
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◇東京新聞　昆虫のチカラ　産業化へプロジェクト　紡ぐか　新物質
http://www.tokyo-np.co.jp/00/sci/20021001/ftu_____sci_____001.shtml

◇京都新聞　龍安寺の石庭 見ていると自ずと人は快く　京大研究員ら 認知科学で仕掛け解明
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◇ZDNet　IBM，スマートチップ利用の新サービス
http://www.zdnet.co.jp/news/0210/01/nebt_02.html

◇ZDNet　IBM，ナノチューブ生産の新技術を開発
http://www.zdnet.co.jp/news/0210/01/nebt_03.html

◇ZDNet　三菱電機の考える“新家電”の真価
http://www.zdnet.co.jp/broadband/0210/02/shinkaden.html

◇ZDNet　総務省，秋田県矢島町にFTTH網構築の補助金交付を決定
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◇ZDNet　電撃アタックで襲撃犯撃退！？　現金護送用ロボット「セコムロボ」
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◇ZDNet　CEATECの見どころをチェック――「ディスプレイ」編
http://www.zdnet.co.jp/news/0210/02/nj00_ceatec_disp.html

◇ZDNet　同上・「デジカメ＆メモリカード関連」編
http://www.zdnet.co.jp/news/0210/01/nj00_ceatec_1.html

◇ZDNet　CEATECに見る青紫色レーザー開発の“現状”
http://www.zdnet.co.jp/news/0210/01/nj00_laser.html

◇ZDNet　CEATEC基調講演：「e社会」の光と影
http://www.zdnet.co.jp/broadband/0210/01/eshakai.html

◇ZDNet　米運輸省，ノートPCの燃料電池にゴーサイン
http://www.zdnet.co.jp/news/0210/05/nebt_11.html

◇ZDNet　光ディスクはここまで小さくできる――「SFFO」開発者に聞く
http://www.zdnet.co.jp/mobile/0210/04/n_sffo.html

◇HotWIRED　あなたのDNA塩基配列、CDに焼きます
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20021007305.html

◇HotWIRED　GUIの進歩を支えた陰の立役者たち
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20021004305.html

◇HotWIRED　米国議会図書館、グリッド・コンピューティングの導入を検討
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20021004208.html

◇HotWIRED　テレマティクス・サービスの本格的な普及はまだ先
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20021003305.html

◇HotWIRED　地球温暖化で伝染病が増大？
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20021003306.html

◇HotWIRED　ドラッグ『エクスタシー』にパーキンソン症候群を引き起こす可能性
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20021003307.html

◇BizTech　NEC、モバイル電子チケットのサービス基盤を開発
http://biztech.nikkeibp.co.jp/wcs/j/comp/209917

◇BizTech　CEATEC:ヒトの顔を追いかける監視カメラ、三洋が出展
http://biztech.nikkeibp.co.jp/wcs/j/elec/209659

◇ASCII24　【CEATEC 2002】日立の携帯電話向けプロセッサー、シャープの次世代液晶ディスプレー
http://k-tai.ascii24.com/k-tai/news/2002/10/02/638975-000.html

◇JAMSTEC　「地球深部探査センター」の発足について
http://www.jamstec.go.jp/jamstec-j/PR/0210/1002/index.html

◇東レ　世界初　遺伝子組換えカイコの絹糸から生理活性タンパク質を産生
http://www.toray.co.jp/release/news/chemi/nr021004.html

◇サントリー　「ビール酵母」のゲノムを世界で初めて解読　―　サントリー（株）先進技術応用研究所と北里大学が共同研究　―
http://www.suntory.co.jp/news/2002/8272.html

◇CNET　モバイル機器をコードレス充電
http://japan.cnet.com/News/2002/Item/021004-3.html

◇日経ナノテクノロジー　文科省、第1回目の改定「トップ30」にナノテク関連11プログラムを採択
http://dm.nikkeibp.co.jp/members/DM/DMNEWS/20021003/17/

◇日経ナノテクノロジー　松下電器が商品化間近のナノテクを展示、CEATECで
http://dm.nikkeibp.co.jp/members/DM/DMNEWS/20021003/3/

◇日経NETWORK　100メガ超の無線LANが国内で使えない理由
http://nnw.nikkeibp.co.jp/cgi-bin/nnw-topics.cgi?option=view&sn=141

◇日経エレクトロニクス　中村氏が本音を語る、「早く終わりにして研究に没頭したい」
http://ne.nikkeibp.co.jp/judge/2002/10/1000014953.html

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