ナノテクノロジーの歴史 - 百科事典

ナノテクノロジーの歴史は、ナノテクノロジーの広範なカテゴリーに該当する概念や実験研究の発展を追跡しています。ナノテクノロジーは科学研究における比較的新しい発展ですが、その中心的な概念の発展は長い期間にわたって行われてきました。1980年代にナノテクノロジーの登場は、1981年にスキャン型トンネルミクロスコープの発明や1985年にフルerenの発見などの実験的進歩が合わさったことによるものでした。ナノテクノロジーの目標のための概念フレームワークの明確化と普及は、1986年に出版された本「創造のエンジン」から始まりました。2000年代初頭には、ナノテクノロジーの潜在的な影響や分子ナノテクノロジーの支持者によって想定される応用の実現可能性についての論争が高まり、政府がナノテクノロジーの研究を推進し資金を提供するようになりました。2000年代初頭には、ナノテクノロジーの商業的応用の始まりも見られましたが、これらは主にナノ素材の大量応用に限られていました。

ナノ素材の初期使用
インドのケラダイから出土した、紀元前600年から300年までの陶器には炭素ナノチューブが見つかっており、それらの形成方法やその含有物が意図的に使用されたかどうかはわかりません。紀元900年までに遡るダマスカス鋼には、その起源や製造方法も不明のセメンテイトナノワイヤーが観察されています。

ナノパーティクルは現代の科学と関連されていますが、9世紀にメソポタミアの職人によって、壺の表面に輝く効果を作り出すために使用されていました。中世やルネサンス時代の陶器は、透明な釉薬の表面に適用された金属薄膜のために、明るい金や銅色の金属光沢を保っています。この輝きは、陶器釉薬のガラス質の格子中に均一に分散した銀や銅のナノパーティクルによるものであり、これらのナノパーティクルは職人によって、既に塗られた陶器の表面にクチュウレン、オッカーや粘土、酢とともに銅や銀の塩と酸化物を加えて作られています。この技術はイスラム世界に起源があり、イスラム教徒は芸術的表現に金を使用することを許されなかったため、実際の金を使用せずに同様の効果を作り出す方法を探していたことが背景です。

概念の起源


= リチャード・フェインマン =

アメリカの物理学者リチャード・フェインマンは、1959年12月29日にカリフォルニア工科大学で行われたアメリカ物理学会の会合で「ボトムに十分なスペースがある」と題する講演を行い、これがナノテクノロジーの分野にインスピレーションを与えたとされています。フェインマンは、個々の原子や分子を操作する能力を開発するプロセスを説明し、一つの精密なツールを使ってもう一つのより小さなセットを構築し、必要なスケールまで続けていく方法を提案しました。この過程で、彼は様々な物理現象の変化する大きさから生じるスケーリング問題について指摘しました：重力は重要性を失い、表面張力やヴァンデルワール力が重要性を増します。

フェインマンの死後、ナノテクノロジーの歴史的な発展を研究する学者は、彼の実際の役割は限られていたと結論付けました。これは、1980年代と1990年代にナノテクノロジーの初期段階で活発に活動していた多くの人々の記憶に基づいています。サウスカロライナ大学の文化人類学者クリス・トゥメイは、フェインマンの講演の出版版が、科学文献における引用数で測定すると、最初に出版されてから20年間でほとんど影響を与えず、1981年にスキャン型トンネルミクロスコープが発明された後の10年間でもほとんど影響を与えなかったと発見しました。その後、1990年代初頭には、「ボトムに十分なスペースがある」に関する科学文献での関心が大幅に増加しました。これは、K.エリック・ドレクスラーが1986年の本「創造のエンジン：ナノテクノロジーの到来する時代」で「ナノテクノロジー」という用語を使用し、フェインマンの億の小さな工場の概念を取り入れ、これらがコンピュータ制御によって人間の操作者による制御ではなく、自分自身を複製する能力を持つと提案したことに加えて、その年の後半に大量販売の科学志「オミニ」で「ナノテクノロジー」という見出しで発表された記事によるものでした。トゥメイの分析には、ナノテクノロジーの分野で著名な科学者が「ボトムに十分なスペースがある」が彼らの初期の研究に影響を与えなかったと述べたコメントも含まれています。彼らの多くは、その後の日に読んだということが多いです。

これらの発展や他の発展は、フェインマンの「ボトムに十分なスペースがある」を後から再発見することで、ナノテクノロジーにパッケージ化された歴史が提供され、1959年12月に初期の日付が設定され、リチャード・フェインマンの魅力と才能との関連が提供されたことを示しています。フェインマンのノーベル賞受賞者としての地位と20世紀科学における象徴的な人物としての地位は、ナノテクノロジーの支持者に役立ち、過去との価値ある知的リンクを提供しました。

= 野村憲一 =

東京科学大学の日本の科学者、野村憲一は、1974年の会議で「ナノテクノロジー」という用語を初めて使用し、ナノメートルの秩序で特徴的な制御を示す半導体プロセス（例えば、薄膜堆積やイオンビームミリング）を説明しました。彼の定義は、「『ナノテクノロジー』は主に、一つの原子または一つの分子で材料の処理、分離、固結、変形を行うことです」。しかし、1981年にエリック・ドレクスラーがナノテクノロジーに関する最初の論文を発表するまで、この用語は再び使用されませんでした。

= K.エリック・ドレクスラー =

1980年代には、K.エリック・ドレクスラーが、分子ナノテクノロジーとして知られる、個々の原子や分子を確率的ではなく確率的に処理するというアイデアを深く概念的に探求しました。彼はスピーチや二つの影響力のある本を通じて、ナノスケール現象やデバイスの技術的意義を促進しました。

1980年、ドレクスラーは、彼の最初の科学的論文「分子工学：分子操作の一般的能力の開発へのアプローチ」を発表するために準備中に、フェインマンの1980年に発表された挑発的な講演「ボトムに十分なスペースがある」に出会いました。彼は、一つの精密なツールを使ってもう一つのより小さなセットを構築し、必要なスケールまで続けていく方法を説明しました。この過程で、彼は様々な物理現象の変化する大きさから生じるスケーリング問題について指摘しました：重力は重要性を失い、表面張力やヴァンデルワール力が重要性を増します。

フェインマンの死後、ナノテクノロジーの歴史的な発展を研究する学者は、彼の実際の役割は限られていたと結論付けました。これは、1980年代と1990年代にナノテクノロジーの初期段階で活発に活動していた多くの人々の記憶に基づいています。サウスカロライナ大学の文化人類学者クリス・トゥメイは、フェインマンの講演の出版版が、科学文献における引用数で測定すると、最初に出版されてから20年間でほとんど影響を与えず、1981年にスキャン型トンネルミクロスコープが発明された後の10年間でもほとんど影響を与えなかったと発見しました。その後、1990年代初頭には、「ボトムに十分なスペースがある」に関する科学文献での関心が大幅に増加しました。これは、K.エリック・ドレクスラーが1986年の本「創造のエンジン：ナノテクノロジーの到来する時代」で「ナノテクノロジー」という用語を使用し、フェインマンの億の小さな工場の概念を取り入れ、これらがコンピュータ制御によって人間の操作者による制御ではなく、自分自身を複製する能力を持つと提案したことに加えて、その年の後半に大量販売の科学志「オミニ」で「ナノテクノロジー」という見出しで発表された記事によるものでした。トゥメイの分析には、ナノテクノロジーの分野で著名な科学者が「ボトムに十分なスペースがある」が彼らの初期の研究に影響を与えなかったと述べたコメントも含まれています。彼らの多くは、その後の日に読んだということが多いです。

これらの発展や他の発展は、フェインマンの「ボトムに十分なスペースがある」を後から再発見することで、ナノテクノロジーにパッケージ化された歴史が提供され、1959年12月に初期の日付が設定され、リチャード・フェインマンの魅力と才能との関連が提供されたことを示しています。フェインマンのノーベル賞受賞者としての地位と20世紀科学における象徴的な人物としての地位は、ナノテクノロジーの支持者に役立ち、過去との価値ある知的リンクを提供しました。

実験的研究と進歩
ナノエレクトロニクスでは、トランジスタに使用されるゲート酸化物や薄膜のナノスケールの厚さは1960年代に示されましたが、ナノスケールのゲート長さを持つMOSFET（金属酸化物半導体場効果トランジスタ）が示されたのは1990年代後半まででした。ナノテクノロジーやナノサイエンスは、1980年代初頭に二つの主要な進歩により推進されました：クラスター科学の誕生とスキャン型トンネルミクロスコープ（STM）の発明。これらの進歩は、1985年にフルerenの発見と1991年に炭素ナノチューブの構造が同定されるにつれて進みました。1990年代にはFinFETの開発も行われ、現代のナノエレクトロニクス半導体デバイスの製造のための基盤を築きました。

= スキャンプローブ顕微鏡の発明 =

原子レベルで表面を画像化するスキャン型トンネルミクロスコープは、1981年にIBMチューリッヒ研究所のゲルド・ビンニングとヘンリヒ・ローレルが開発しました。彼らは1986年に物理学のノーベル賞を受賞しました。ビンニング、カリン・クエート、クリストフ・ゲルバーは1986年に最初の原子力顕微鏡を発明しました。最初に商業的に提供された原子力顕微鏡は1989年に発表されました。

IBMの研究者であるドン・アイグラーは、1989年にスキャン型トンネルミクロスコープを使って原子を操作した最初の人であり、彼は35個のクレープトン原子を使ってIBMのロゴを書き出しました。彼は2010年のカヴリ賞（ナノサイエンス部門）を受賞しました。

= インターフェースとコロイド科学の進歩 =
インターフェースとコロイド科学は、ナノテクノロジーに関連されるようになるまでにほぼ100年間存在していました。最初のナノパーティクルの観察やサイズ