刊行のねらい

　 A. GeimとK. Novoselovが，グラフェンの発見とその特異な物性の実証により2010年度ノーベル物理学賞を受賞したことは記憶に新しい。六員環構造をなす炭素原子の単層シート；グラフェンは，従来にない特異なキャリア輸送特性を有することから近年注目を集めている。
　グラフェンの逆格子は正格子と同様に六員環構造をとる。そのブリルアンゾーンのエッジ付近において，伝導帯と価電子帯は，完全に対称な円錐形状をなし，それらの頂点はゾーンエッジで接する。すなわち，グラフェンの伝導帯と価電子帯は，ゾーンエッジ付近においては完全対称な線形分散特性を有し，かつ，バンドギャップがない。線形分散特性は，電子・正孔が有効質量のない相対論的粒子として振る舞うことを意味する。その結果，グラフェンはエネルギーによらず，バンドの傾きに対応した一定のフェルミ速度を有する。フェルミ速度は真空中の光の速度の約1/300で，これは他のいかなる半導体よりも高速である。ギャップレスなバンド構造は半金属的性質をもたらす。また，バンドギャップがないことから，マイクロ波帯から紫外光までの極めて広範囲な電磁波に対して，バンド間遷移に伴う一様な吸収・透過特性を示す。グラフェン一層の吸収率は，約2.3%であり，プランク定数と素電荷，それに真空中の光速度の３つの基本物理定数のみによって決定される。言い換えれば，極めて透明度が高く，かつ電気伝導特性を併せ持つ。電子・正孔は通常の半導体のそれらと同じく，１つの状態にはスピンを含めて２つの量子状態しか占有できないというFermi-Dirac統計に従うものの，相対論的振る舞いによって，例えば，後方散乱フリーや半整数量子ホール効果など，通常の半導体とは異なる特異な物性が現れる。
　結晶構造が与える光学フォノンはそのエネルギーがゾーン中心で200 meV弱と極めて高い。このことは，グラフェンに極めて高い熱伝導特性をもたらす。熱伝導度は，自然界に存在する材料の中で最も高いダイヤモンドをも数倍凌ぐ。一方，機械的強度においてもダイヤモンドを凌ぎ，これ以上ないしなやかさと強靭さを併せ持つ。このように，グラフェンの特異な性質を挙げれば枚挙にいとまがないほどであり，いずれの性質をとっても，工学的応用の観点から極めて有用かつ興味深い。
　グラフェンの誕生から7年余りの間に研究のすそ野は世界中に広がり，研究開発領域も材料物性中心の基礎研究から，工業的合成・成長技術，各種デバイス応用を含む実用化研究へと広がっている。このように、進展著しいグラフェンの研究開発状況を体系化し，関連する技術を俯瞰的にとらえ，産業応用への展開をより確実なものとする一助とすべく，本書を刊行するに至った。
　本書は、全編６章から構成され、グラフェンの基礎物性から各種成長・合成技術，さらには各種デバイス応用技術に至るまでの広範な領域を包含し，第１章で、これらを総括的に解説したうえで、第２章で、グラフェンの基礎物性について、第３章では、グラフェンの各種合成技術とそれらの応用の可能性について詳述する。続いて第４章以下では、それぞれグラフェンの電子デバイス応用、エネルギーデバイス応用、光・テラヘルツデバイス応用について現状と展望を解説した。いずれも各分野の第一線で活躍中の研究者によって分担執筆されており、超多忙な中を，貴重な研究の時間を割いて執筆にご協力いただいた全ての共著者にお礼申し上げる。

　2012年 6月 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　尾辻 泰一