| Project/Area Number |
23K22802
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| Project/Area Number (Other) |
22H01532 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
早川 竜馬 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (90469768)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
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| Keywords | 磁性分子 / 量子ビット / 2重トンネル接合 / CMOS / 縦型トランジスタ / 分子量子ビット / 縦型シリコントランジスタ / 磁気抵抗効果 / CMOS技術 / 分子 / 分子スピン / 縦型分子トランジスタ |
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| Outline of Research at the Start |
本申請課題では“分子を優れた量子マテリアル”と位置づけ、磁性分子を量子ドットとして集積した縦型単電子トランジスタを形成する。申請者がこれまで確立してきた金属－絶縁体－半導体構造の絶縁膜中に磁性分子を“スピン量子ドット”として集積し、縦型トランジスタのチャネル層として用いる。さらに、静磁場とマイクロ波により変調した分子スピンをスピンブロッケード効果により検出し、量子ビット動作を実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度においては、昨年度観測したTEMPO-OPEラジカル分子を用いた2重トンネル接合での巨大磁気抵抗効果の起源を明らかにするため、リファレンス試料としてラジカル基を持たないOPE分子（母体分子）の磁気抵抗効果を評価した。その結果、OPE分子では磁場を7 Tまで印加しても磁気抵抗効果は観測されず、TEMPO-OPEラジカル分子の磁気抵抗効果の起源はTEMPOラジカル基によるものだと結論付けた。この結果は、ラジカル基により母体分子を流れるトンネル電流を制御できることを示している。また、TEMPO-OPE分子を内包した2重トンネル接合素子において磁場中での微分コンダクタンス測定を行った。微分コンダクタンス曲線に観測されるピークの電圧位置が磁場に比例して増加するゼーマン分裂に起因すると推測される結果を得た。分子量子ビットの実現へ向けた大きな一歩である。
今後は上記磁気抵抗効果をさらに助長するためTEMPOラジカル基からニトロニトリルラジカル（NN）基を結合した新規ラジカル分子（NN-PT）についても検討していく。TEMPO-OPE分子ではラジカル基と母体分子がπ共役系では無いのに対し、NN-PTではπ共役系となるため、磁気抵抗効果の増加が見込める。さらに有機ラジカル分子だけでなく、金属錯体分子である鉄フタロシアニンを用いて同様の評価を進め、磁性分子のゼーマン効果による磁気抵抗効果および微分コンダクタンスピークの分裂現象（またはエネルギーシフト）を観測することを目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シリコン2重トンネル接合素子の中に有機ラジカル分子を壊すことなく内包し、ラジカル基によるトンネル電流制御に成功した。また磁場中での微分コンダクタンス測定からピーク電圧位置が磁場に比例して増加するゼーマン分裂に起因すると推測される結果を得た。分子量子ビットの実現へ向けた大きな一歩である。今後は、金属錯体分子を用いて同様の評価を行うと伴に、縦型トランジスタ構造へ拡張していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
TEMPO-OPE分子で観測したシリコン2重トンネル接合素子での磁気抵抗効果をさらに助長するためTEMPOラジカル基からニトロニトリルラジカル（NN）基を結合したラジカル分子（NN-PT）について検討する。TEMPO-OPE分子ではラジカル基と母体分子がπ共役系では無いのに対し、NN-PTではπ共役系となるため、磁気抵抗効果の増加が見込める。さらに有機ラジカル分子だけでなく、金属錯体分子である鉄フタロシアニンを用いて同様の評価を進め、磁性分子のゼーマン効果による磁気抵抗効果および微分コンダクタンスピークの分裂現象（またはエネルギーシフト）を観測することを目指す。さらに所属機関の電子ビームリソグラフィー装置を利用し2端子素子から3端子素子（縦型トンネルトランジスタ構造）へ拡張していく。C60 分子を用いた素子ですでに作製手法を確立しているため、本提案素子でも実現できると考えている。
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