ガラスを「原子1列ぶん」まで細くするとどうなる？予想外の性質が判明

窓ガラスやコップに使われるガラスといえば、「割れやすくて」「熱を通しにくい」イメージがありますよね。ところが、アメリカの研究チームがガラスを“原子1個ぶんの幅”になるまで細く伸ばしてみたところ、「え、それガラスなの？」と言いたくなるような性質が現れました。

研究を行ったのは、コロラド大学ボルダー校などのグループ。彼らは金属同士の接点の間に、ガラスを極限まで細く挟み込み、その場を電子顕微鏡で観察しながら少しずつ引っ張っていきました。すると、ガラスの“糸”はどんどん細くなり、最後には原子が一列に並んだチェーン状になったところで「プツッ」と切れることが分かりました。

驚きなのは、こうして作った“原子1列ガラス”の熱の通し方。ふつうのガラスは断熱材に使われるくらい、熱をあまり伝えません。しかし、この極細ガラスでは、むしろ熱を非常によく通す性質が観測されました。研究者たちは、「これまでの“ガラス＝断熱材”という常識からは考えにくい」と話しています。

なぜこんなことが起きるのか？　原子1列になると、原子の振動（フォノンと呼ばれる量子の動き）が、かえってスムーズに伝わるようになるらしいのです。イメージとしては、人混み（バルクのガラス）だと身動きがとりにくいけれど、一列に並んだ行列（原子チェーン）だと、列全体がスッと揺れる、という感じでしょうか。

この発見は、“ナノスケール電子デバイス”の冷却技術にも関わってきます。スマホやチップの内部では、どれだけ効率よく熱を逃がせるかが大問題。原子レベルで熱の流れをコントロールできるようになれば、より小さくて高性能なデバイス設計につながるかもしれません。

割れるだけの地味な素材に見えるガラスも、原子スケールまで攻めると、まったく別の“性格”が顔を出す——そんなところが、材料科学のおもしろさですね。