2015 Fiscal Year Research-status Report
ナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル現象を用いた電流標準素子の実現
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15K17483
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
東 康男 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教 (80452415)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 単一電子現象 / ナノメカニカル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では電子戦描画法を用いて固体基板上にナノギャップ電極構造を作製し、このナノギャップ電極観に金属ナノ粒子を導入することで、単一電子現象を起こす素子を形成し、ナノギャップ部を機械的に振動させることでナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル現象を起因した電流標準素子を実現することを目的としている。このうち平成２７年度においては固体基板上にソース・ドレインとなる金ナノギャップ電極を形成し、その横にゲートとなる電極を配置した構造を作製し。このナノギャップ電極間に有機分子であるオクタンジチオールを用いて直径６ｎｍの金ナノ粒子を導入することを試みた。このようにして素子の作製は単電子トランジスタとして動作することを実証できている。さらにここで作製した単電子トランジスタは、金ナノ粒子がソース電極・ドレイン電極のそれぞれに対してオクタンジチオール分子によって化学的に結合されていることにより、単電子トランジスタにおいて特徴的に得られるクーロンダイヤモンドと呼ばれる特性が、非常に対称性の高いものとして得られている。このように平成２７年度ではナノギャップ電極間に金ナノ粒子を導入するプロセスの確立を行い、このようにして作製した素子がナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル現象のもととなる単一電子現象を示すことを実証してきた。さらにこれに加えて平成２７年度は実際にナノギャップ部を機械的に振動させた際の電流を検出する装置となる微小電流―電圧変換アンプを導入し、計測のための準備を整えた。
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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
平成２７年度においては、電子線描画法を用いて固体基板上にナノギャップ電極構造を作製し、このナノギャップ電極間にオクタンジチオール分子を介して金ナノ粒子を導入する手法を確立した。この手法は実際にナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル素子を作製する際に必要となる手法であり、この手法を確立することが今後の電流標準素子の動作実証に向けて重要なものである。さらに今回作製したナノギャップ電極及び金ナノ粒子を組み合わせることで単一の金ナノ粒子に起因した単電子トランジスタの作製にも成功しており、この単電子トランジスタから得られる電気特性は、外部からの電圧印加により金ナノ粒子上の電子数を１つずつ制御できていることを示すものとなっている。この結果はナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル素子の動作原理となる電子１つずつの転送現象につながるものであり、固体基板上ナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル素子を実現していく上で重要な一歩となる。また今後実際にナノギャップ部を機械的に振動させた際の電流を検出する装置となる微小電流―電圧変換アンプを導入し計測のための準備を整えたことから、固体基板上ナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル素子が電流標準素子として動作することを実証するための計測システムが整ってきているといえる。以上より平成２７年度の研究達成度についてはおおむね順調に進んでいると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度については、平成２７年度に蓄積したナノギャップ電極間にオクタンジチオール分子を介して金ナノ粒子を導入する手法を用いて、実際にナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル素子を作製することを行っていく。具体的には機械的振動を起こしうる梁型の構造を有するナノギャップ電極の間に金ナノ粒子を導入する。この素子構造において電流電圧特性の測定を行い、クーロンブロッケード現象を観察することで単一電子現象が現れていることを確認する。その上で外部からの高周波信号の入力により、梁型構造を機械的に振動させその際に流れる電流を微小電流―電圧変換アンプを用いることで測定する。その際に流れる電流が、入力高周波信号の周波数と素電荷量の積で表すことができれば、金ナノ粒子を介して電子が１つずつの転送現象していることを示すものであり、機械的振動によって量子化された電流が観測されるというナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル現象を固体基板上で実証できることに対応する。この結果を得ることで固体基板上ナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル素子が電流標準素子としての動作を実証することができる。
さらに上記では直径６nm程度の金ナノ粒子を用い低温での測定を想定しているが、その後はより高い温度での動作を目指し、６nmよりも小さい粒径を有する金ナノ粒子を用いたナノメカニカルクーロンブロッケードシャトル素子を作製し動作温度の向上を目指す。
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