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2015 Fiscal Year Research-status Report

ナノカーボンスピントランジスタの実現と量子デバイスへの展開

Research Project

Project/Area Number 15K17679
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

金井 康  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (30721310)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsグラフェン / 量子ドット / 近藤効果 / 電気特性
Outline of Annual Research Achievements

グラフェン量子デバイスの作成を目指して、今年度はグラフェン量子ドットの作成とその評価を行った。従来の手法ではグラフェン量子ドットを作成するのが難しいため、電流過熱によって作成することを行った。あらかじめ、グラフェンを300nm程度の幅にエッチングし、大気下で大きな電流を流すことで加熱し、グラフェンを酸化させることで微細化した。この手法により、室温で1キロオーム程度だった抵抗を10キロオームから数100キロオームまで増加させた。希釈冷凍機を用いて、20mK程度で測定を行ったところ、グラフェンドット中の状態が離散化していることを示すクーロン振動とクーロンダイアモンドを観測した。クーロンダイアモンドから量子ドットの帯電エネルギーを見積もったところ1.5から3meV程度であった。この手法により、より簡単にグラフェン量子ドットを作成することが可能になった。将来的には、室温での抵抗を制御することによって、グラフェン量子ドットの大きさを制御し、帯電エネルギーを制御することも可能になると考えられる。また、グラフェン量子ドットのクーロンブロッケード領域において、本来では電流が流れにくいはずであるが、ゼロバイアスのコンダクタンスピークを観測した。そのゼロバイアスピークを磁場依存性を調べたところ、磁場を印加するにつれて弱くなっていく様子が観測されたことから近藤効果によるものと考えられる。観測されたゼロバイアスピークの幅の大きさからや、量子ドットの帯電エネルギーとトンネル結合の強さから近藤効果のパラメーターである近藤温度を見積もったところ、それぞれ4.85K、3.2Kという量子ドット系では大きな値であった。近藤効果が観測されたことは作成したグラフェンドットが量子ドットとして動作していることを示している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の研究計画では将来的なグラフェンを用いたスピントランジスタデバイスの開発を考えて、今年度はグラフェン量子デバイスの研究に取り組んできた。しかしながら、最近の有機分子の合成技術とそのグラフェン上への修飾技術の発展により、グラフェン表面に分子を修飾した新しいデバイスの研究が盛んになってきている。そこで、今年度得たグラフェン量子デバイスの知見を活かして、今後はグラフェン表面に分子を修飾した新規デバイスの研究に取り組みたいと考えている。具体的にはグラフェン量子ドットにソースドレイン電極として超伝導電極を接合し、磁性分子をグラフェン表面に修飾することにより、量子ドット、超伝導、磁性が共存する特殊な系を実現し、その系における新規物理現象を観測し、詳細に調べて行きたいと考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後は量子ドット、超伝導、磁性が共存する系の作成を目指して、まずはグラフェン量子ドットジョセフソン接合の作成を行う。超伝導体としては高温超伝導体を使用する予定である。最近、高温超伝導体としてMoReを用いた研究が行われていることから、MoReの使用を考えている。まずはMoReグラフェン量子ドット接合を作成し、超伝導電流やアンドレーエフ束縛状態の観測等を行う。磁性分子に関しては、そのような技術を有している他研究機関と共同研究する必要があるが、大阪大学の小川研究室がすでにそのような分子を行っているため、今後、共同研究を考えている。グラフェン上への磁性分子の修飾を確認した後、MoReグラフェン量子ドット接合に修飾し、極低温での電気伝導特性を評価する予定である。

  • Research Products

    (32 results)

All 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Acoustic carrier transportation induced by surface acoustic waves in graphene in solution2016

    • Author(s)
      Satoshi Okuda, Takashi Ikuta, Yasushi Kanai, Takao Ono, Shinpei Ogawa, Daisuke Fujisawa, Masaaki Shimatani, Koichi Inoue, Kenzo Maehashi and Kazuhiko Matsumoto
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 9 Pages: 045104-1 4

    • DOI

      0.7567/APEX.9.045104

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Carbon nanotube single-electron transistors with single-electron charge storages2015

    • Author(s)
      Kohei Seike, Yasushi Kanai, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue and Kazuhiko Matsumoto
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 54 Pages: 06FF05-1 4

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.06FF05

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Graphene-FET-based gas sensor properties depending on substrate surface conditions2015

    • Author(s)
      Masatoshi Nakamura, Yasushi Kanai, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue and Kazuhiko Matsumoto
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 54 Pages: 06FF11-1 4

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.06FF11

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] グラフェンFET を用いた酵素反応計測とピロリ菌検出への応用2016

    • Author(s)
      小野 尭生、川田 拓哉、金井 康、大野 恭秀、前橋 兼三、井上 恒一、松本 和彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] ウイルス検出のための糖鎖機能化グラフェンFET の修飾糖鎖の検討2016

    • Author(s)
      林 亮太、小野 尭生、金井 康、大野 恭秀、前橋 兼三、井上 恒一、渡邊 洋平、河原 敏男、鈴木 康夫、中北 愼一、松本 和彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] エッチングフリーな単結晶グラフェンデバイスアレイの作製2016

    • Author(s)
      森 祐樹、生田 昂、金井 康、小野 尭生、大野 恭秀、前橋 兼三、井上 恒一、松本 和彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 単分子吸着によって発現するカーボンナノチューブ素子におけるランダムテレグラフシグナルノイズ2016

    • Author(s)
      藤井 逸人、Setiadi Agung、赤井 恵、葛西 誠也、金井 康、松本 和彦、桑原 裕司
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] h-BN 上へのグラフェン直接合成2016

    • Author(s)
      岡崎 凌、生田 昂、金井 康、小野 尭生、井上 恒一、渡邊 賢司、谷口 尚、松本 和彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 糖鎖機能化グラフェンFET を用いたノイラミニダーゼ反応計測2016

    • Author(s)
      鎌田 果歩、小野 尭生、金井 康、大野 恭秀、前橋 兼三、井上 恒一、渡邊 洋平、河 原 敏男、鈴木 康夫、中北 愼一、松本 和彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] グラフェン量子ドットにおける近藤効果の観測2016

    • Author(s)
      金井 康、生田 昂、小野 尭生、大野 恭秀、前橋 兼三、井上 恒一、松本 和彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] CVD グラフェンを用いた高感度ストレスセンサの開発2016

    • Author(s)
      植村 孝平、生田 昂、小野 尭生、金井 康、井上 恒一、松本 和彦、前橋 兼三
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Laser annealing technique for graphene synthesis on polymer and its application for strain sensor2015

    • Author(s)
      Y. Ishibashi, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue, and K. Matsumoto
    • Organizer
      The 19th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-12-07 – 2015-12-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Graphene memory utilizing redox molecules2015

    • Author(s)
      K. Kamada, N. Kawaguchi, Y. Kanai, T. Ikuta, T. Ono, Y. Ie, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue, Y. Aso, and K. Matsumoto
    • Organizer
      The 19th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-12-07 – 2015-12-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrical observation of DNA amplification based on graphene FETs2015

    • Author(s)
      M. Okano, V. Rajiv, S. Norhayati, T. Ono, F. Takei, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue, K. Nakatani, and K. Matsumoto
    • Organizer
      The 19th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-12-07 – 2015-12-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Position-controlled graphene growth using micropattern of Oxidation film on catalytic copper2015

    • Author(s)
      Y. Mori, T. Ikuta, T. Ono, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue, and K. Matsumoto
    • Organizer
      The 19th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-12-07 – 2015-12-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Detection of hemagglutinin using sialoglycan-functionalized graphene FET toward influenza diagnosis2015

    • Author(s)
      R. Hayashi, T. Ono, T. Ikuta, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue, Y. Watanabe, T. Kawahara, Y. SUzuki, S. Nakakita, and K. Matsumoto
    • Organizer
      The 19th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-12-07 – 2015-12-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グラフェンデバイスを用いたバイオアッセイ2015

    • Author(s)
      小野尭生、林亮太、金井康、井上恒一、松本和彦
    • Organizer
      第3回アライアンス若手研究交流会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2015-11-24 – 2015-11-25
  • [Presentation] Electrical Detection of Polymerase Chain Reaction Using Graphene Field-Effect Transistors2015

    • Author(s)
      M. Okano, S. Norhayati, V. Rajiv, T. Ono, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue, F. Takei, K. Nakatani and K. Matsumoto
    • Organizer
      28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Position-Controlled Graphene Growth Using Micropatterning on Catalytic Copper Surface2015

    • Author(s)
      Y. Mori, T. Ikuta, T. Ono, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue and K. Matsumoto
    • Organizer
      28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グラフェン電極を用いたポリチオ分子トジスタの開発2015

    • Author(s)
      生田 昂、丹波俊輔、金井康、大野恭秀、前橋兼三、井上恒一、家裕隆、安蘇芳雄、松本和彦
    • Organizer
      第6回分子アーキテクトロニクス研究会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2015-10-23 – 2015-10-24
  • [Presentation] レドックス分子を用いたグラフェンメモリ2015

    • Author(s)
      鎌田果歩、川口奈々、金井康、生田昂、小野尭生、家裕隆、大野恭秀、前橋兼三、井上恒一、安蘇芳雄、松本和彦
    • Organizer
      第6回分子アーキテクトロニクス研究会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2015-10-23 – 2015-10-24
  • [Presentation] グラフェンFETを用いたPCRの電気的検出2015

    • Author(s)
      岡野誠之、小野尭生、Norhayati Sabani、Rajiv Verma、金井康、大野恭秀、前橋兼三、井上恒一、武井史恵、中谷和彦、松本和彦
    • Organizer
      ナノスケール材料の構造・物性制御技術の最前線~関西若手研究者を中心としたイノベーションの発信
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-09-30 – 2015-09-30
  • [Presentation] シアロ糖鎖修飾グラフェンFETを用いたインフルエンザウイルス由来ヘマグルチニンの検出2015

    • Author(s)
      林 亮太, 小野 尭生, 生田 昂, 金井 康, 大野 恭秀, 前橋 兼三, 井上 恒一, 渡邊 洋平, 河原 敏男, 鈴木 康夫, 中北 愼一, 松本 和彦
    • Organizer
      ナノスケール材料の構造・物性制御技術の最前線~関西若手研究者を中心としたイノベーションの発信
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-09-30 – 2015-09-30
  • [Presentation] 糖鎖機能化グラフェンFET を用いたインフルエンザウイルス由来ヘマグルチニンの検出2015

    • Author(s)
      林 亮太, 小野 尭生, 生田 昂, 金井 康, 大野 恭秀, 前橋 兼三, 井上 恒一, 渡邊 洋平, 河原 敏男, 鈴木 康夫, 中北 愼一, 松本 和彦
    • Organizer
      第76回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] ポリマーフィルム上のグラフェン直接合成とフレキシブルデバイス応用2015

    • Author(s)
      石橋 祐輔, 金井 康, 大野 恭秀, 前橋 兼三, 井上 恒一, 松本 和彦
    • Organizer
      第76回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
    • Invited
  • [Presentation] 銅触媒表面のマイクロパターニングによるグラフェンの位置2015

    • Author(s)
      森 祐樹, 生田 昂, 小野 尭生, 金井 康, 大野 恭秀, 前橋 兼三, 井上 恒一, 松本 和彦
    • Organizer
      第76回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] グラフェンナノギャップ電極を用いた分子デバイスの作製2015

    • Author(s)
      生田 昂, 丹波 俊輔, 金井 康, 小野 尭生, 大野 恭秀, 前橋 兼三, 井上 恒一, 家 裕隆, 安蘇 芳雄, 松本 和彦
    • Organizer
      第76回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] 電流アニーリングによるグラフェン量子ドットの作製2015

    • Author(s)
      金井 康, 生田 昂, 小野 尭生, 大野 恭秀, 前橋 兼三, 井上 恒一, 松本 和彦
    • Organizer
      第76回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] ピロリ菌検出のためのグラフェンFET バイオデバイス2015

    • Author(s)
      小野 尭生, 生田 昂, 金井 康, 大野 恭秀, 前橋 兼三, 井上 恒一, 松本 和彦
    • Organizer
      第76回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] 分子の酸化還元応答を利用したグラフェンメモリの開発2015

    • Author(s)
      鎌田 果歩, 生田 昂, 小野 尭生, 金井 康, 大野 恭秀, 前橋 兼三, 井上 恒一, 川口 奈々, 家 裕隆, 安蘇 芳雄, 松本 和彦
    • Organizer
      第76回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Control of charging energy in carbon nanotube single electron transistor by electric-double-layer gate with ionic liquid2015

    • Author(s)
      K. Kamada, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue and K. Matsumoto
    • Organizer
      Advanced Materials World Congress
    • Place of Presentation
      Stockholm, Sweeden
    • Year and Date
      2015-08-23 – 2015-08-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct Graphene Synthesis on Polymer Films and its Application to Flexible Devices2015

    • Author(s)
      Y. Ishibashi, Y. Kanai, T. Ono. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue and K. Matsumoto
    • Organizer
      73rd Device Research Conference
    • Place of Presentation
      Ohio, USA
    • Year and Date
      2015-06-21 – 2015-06-24
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-01-06  

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