グラフェンを介したヒドロンの量子トンネリングによる水素同位体分離

Hydrogen isotope separation by quantum tunneling of hydrons through graphene

保田 諭   ; Dio, W. A.*; 福谷 克之

Yasuda, Satoshi; Dio, W. A.*; Fukutani, Katsuyuki

原子層材料の代表である単層グラフェンは、近年、水素イオンと重水素イオンを透過するだけでなく、これら水素同位体イオンの高い選択透過性を有することが知られている。このため、シリコン半導体、光ファイバー、創薬、核融合といった分野における水素同位体ガス濃縮材料としてグラフェンが利用できることが期待されている。しかしながら、その重要性にもかかわらず、実験研究は依然として不足しており、分離メカニズムについては未だ議論が続いている。本研究では、ヒドロンの量子トンネリングがどのように起こるかについての最近の発見を紹介する。

Monolayer graphene, representative of atomically thin crystals, has recently shown unexpectedly high proton and deuteron permeability under ambient conditions. It also permeates (filters) hydrogen (deuterium) isotope ion with high selectivity. These results suggest possible ways of developing novel and efficient hydrogen isotope gas enrichment techniques for manufacturing silicon semiconductors, optical fibers, drug development, nuclear fusion, and other related applications. And yet, despite its importance, experimental studies remain scarce and the separation mechanism contentious. Here, we introduce our recent findings on how quantum tunneling of hydrons through graphene could account for the high hydron selectivity of graphene.