材料科学

ボロフェン。グラフェンのようだが、より優れた素材。

公開日 2024年5月22日

更新日 2026年6月1日

著者

Jonathan Schramm

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ホウ素で作られたグラフェン

Material sciences keep making new discoveries, one of them being 2D materials. They are materials organized into a thin layer of only one atom, hence the moniker. The first one was 単層グラフェンで、2004年に初めて確実に製造されました, although the idea and theory about it were much older, and which would lead to its discoverers winning the 2010 Nobel Prize in physics.

ボロフェンは別の2次元材料で、さらに新しく、2015年に初めて発見されました。グラフェンで使用される炭素原子の代わりにホウ素原子で構成されています。ボロフェンは導電性が高く、より薄く、軽く、強く、柔軟で、しばしば奇跡の材料と称されるグラフェンを上回ります。

出典: Nature

まだ新しいため、ボロフェンの実際の特性や完全な可能性についてはほとんど分かっていません。これはグラフェンよりもさらに複雑な材料で、2次元特性を保ちつつ多数の分子構造が可能です。ボロフェンの分子構造は他の種類の原子を受け入れる余地があり、潜在的な構成はさらに多数になります。

出典: Frontiers of Physics

そして、ペンシルベニア州立大学の研究者たちはボロフェンを改良する方法を発見し、さらに生体細胞との相互作用を調査したことで、ボロフェンの可能性は拡大し続けています。

新しいキラルボロフェン

In a scientific publication titled “2Dボロフェンナノプレートレットにおけるステレオ選択的ホウ素‑硫黄結合によるキラル誘導“, Penn State’s researchers focused on a unique feature of borophene among 2D materials, its potential “chirality”. Chirality is a chemistry term that means that molecules have a left/right symmetry. Chirality is an important feature of organic molecules, for example, the amino acids that are the building blocks of proteins.

出典: UC Santa Barbara

It is through the interaction with chiral amino acids like cysteine during the production process that the researchers managed to impart chirality on borophene, a world’s first for 2D materials.

分子において、キラリティは生物学的または化学的ユニットが左右対称で完全に一致しない二つの形態で存在することを可能にします。例えば左手用と右手用のミトンのようにです。鏡像は正確に一致しますが、左手用ミトンは右手には左手ほどはまらないでしょう。

Pr. Dipanjan Pan

医療におけるキラリティの活用

The researchers synthesized borophene platelets, similar to how fragments of borophene would go into the bloodstream. They discovered that the chiral properties of the different versions of borophene interacted differently with the cells’ membranes, and entered the cells differently.

これにより、”細胞相互作用を正確に追跡できる高解像度医療画像のコントラスト開発や、ピンポイントの材料‑細胞相互作用によるより優れた薬物送達” などの用途向けにカスタムボロフェン構造を設計する道が開かれました。

ボロフェン構造が生体細胞とどのように相互作用するかをより深く理解することで、その安全性プロファイルの明確化にも役立ちます。

また、ボロフェンの独自の特性を活かした、より安全で効果的な埋め込み型医療デバイスの開発にもつながります。非常に軽量で強靭なだけでなく、磁気および電子的な制御も効果的に行えます。

したがって、ボロフェンはバイオセンサーやバイオメカニカルシステムの開発にも利用可能です。

その他のボロフェン応用

Similarly to graphene, borophene is a promising material for many high-tech applications. Among them are:

フォトニクス コンピューティング: 特に、ボロフェンはフォトニクス応用のレーザーに使用できる可能性があります。
触媒、特に水素と酸素を伴う相互作用に。水素をより効率的に貯蔵することにも使用できます。
センサー、特にガス用、しかし、前述のようにバイオイメージングとして蛍光イメージング、光熱イメージング、および光音響イメージングがあります。
バッテリー、ボロフェンから作られたアノードの製造を含む。
先進エネルギー、ウルトラキャパシタや超伝導体を含む。

These applications could potentially benefit from chiral borophene, and the new material will need to be tested for each separately.

これらの応用はキラルボロフェンから利益を得る可能性があり、新素材はそれぞれ個別にテストする必要があります。

ボロフェン関連企業の可能性

As a material discovered less than a decade ago, borophene is still quite far away from mass manufacturing and mostly confined to material sciences (and soon biology?) labs.

しかし、2015年に初めてボロフェンが合成された方法は「化学蒸着（CVD）」と呼ばれ、新しい技術ではありません。これは半導体産業で集積回路や光伏（太陽光パネル）システムの製造に一般的に使用されています。

CVDはシリコン、タングステン、グラフェン、さらには合成ダイヤモンドの超薄層を作成するために使用されます。したがって、すでにCVD装置のリーダーである企業は、グラフェンと現在のボロフェンの応用範囲拡大の主要な受益者となり得ます。

CVDは、当社が「製造支援のためのトップ10半導体装置株」で紹介した多くの半導体企業が使用しているツールの一部です。しかし、半導体製造プロセスのさまざまな部分で活動する企業の中でも、CVD技術とより密接に結びついている企業があります。

1. Veeco

VECO 価格チャート

Veecoは1945年の創業以来、半導体製造業界への主要な装置サプライヤーです。その機械は先進的なEUVチップ製造、5Gアンテナ、ハードドライブ、LIDAR、LED、電気自動車向けパワーエレクトロニクスなどの生産に使用されています。

出典: Veeco

同社の技術的主な焦点は、ボロフェン製造に使用されるCVDプロセスと同じで、より正確にはMOCVD（金属有機化学蒸着）です。

出典: Veeco

半導体産業のこのニッチセグメントのリーダーとして、Veecoはグラフェン、タングステン、ボロフェンの利用拡大に伴うCVD応用の増加に賭ける有力な候補となり得ます。原子レベルで物質を操作する技術が進むにつれ、ますます有望です。

また、デジタル化、AI、電化という大規模なトレンドからも恩恵を受ける可能性があります。

2. Ulvac (6728.T)

The Japanese company Ulvac is a specialist in vacuum technology, especially used in CVD and semiconductor applications. This makes it a key equipment supplier for producers of chips, LED, photovoltaics, batteries, etc.