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2016 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 / 超伝導
Outline of Annual Research Achievements

今年度は、グラフェンの合成からグラフェン量子ドットと超伝導デバイスの作製に取り組んだ。グラフェンは基盤全体に容易に合成できる化学気相成長法により合成した。化学気相成長法はグラフェンの産業応用において最も有力な合成手法であり、従来の機械的剥離法と比較して、容易に大量の試料を作製することが可能となった。化学気相成長法で合成したグラフェンを単一のドット構造に微細加工し、希釈冷凍機を用いて、20 mK程度で測定を行ったところ、帯電エネルギーが約4 meVのダイアモンドと1 meVの2種類のクーロンダイアモンドが観測された。この結果は大きさが異なる2種類以上の量子ドットが形成された、すなわち、作製した試料が多重量子ドット化したことを示している。単一ドットの構造で多重量子ドット化したことから、ドットのところだけでなく、くびれの構造において電子が閉じ込められ帯電エネルギーが大きい量子ドットが形成されたと考えられる。以上からくびれの構造を作製するだけで量子ドット化するという知見を得た。
超伝導に関しては超伝導臨界温度が高いモリブデンレニウムを用いて試料作製に取り組んだ。モリブデンレニウムの細線を作製したところ、4.2K以下で超伝導になることを確認した。モリブデンレニウムグラフェン量子ドット接合を作製したところ、グラフェンがクーロンダイアモンド等の量子ドットとして動作することを確認した。トンネル結合が弱いことや多重量子ドット化したため、モリブデンレニウムグラフェン量子ドット接合において、超伝導の観測はできなかった。量子ドットのリードの金属として一般的なチタンや金と比較してモリブデンレニウムグラフェン量子ドットの結合を強化する必要があるという知見を得た。
これらの研究ではアシュート大学のモクタール先生を招聘して取り組んだ。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

グラフェン量子ドットに関して新たな知見を得ると共に、モリブデンレニウムとグラフェン量子ドット接合を作製することに成功した。モリブデンレニウムは超伝導臨界温度が9K以上のかなり高い金属であり、実際に液体ヘリウムの温度である4.2K以下で作製したモリブデンレニウム細線が超伝導体になっていることは確認できた。残念ながらグラフェン量子ドットとモリブデンレニウムの結合が弱く、グラフェン量子ドットを超伝導電流が流れる様子は観測できなかったが、そのための課題ははっきりしている。また、グラフェン量子ドット表面に有機分子を修飾することにも取り組み、ピレン構造を持つ分子をグラフェンに修飾し、修飾量の評価なども行った。グラフェンを修飾することにより、バイオセンサ等へ応用することにも取り組んでいる。グラフェンを化学気相成長法により合成できるようになったため、グラフェン量子ドットを容易に大量に作ることができるようになった。

Strategy for Future Research Activity

グラフェン量子ドットとモリブデンレニウムの接合を作成することはできたが、超伝導電流は観測できなかったため、トンネル結合を大きくする必要がある。まずは、グラフェンの幅を大きくしてモリブデンレニウムから超伝導電流がグラフェンに流れることを確認し、その後、大きな幅を維持してグラフェン量子ドットを作製し、グラフェン量子ドットに超伝導電流が流れる様子を観測する。超伝導電流を観測するためにグラフェンの幅をかなり大きくする必要がある場合には、モリブデンレニウムとグラフェンの間にチタン等の十分大きな結合が得られる金属を蒸着する等により、グラフェンとモリブデンレニウムとの結合を強くすることに取り組み、モリブデンレニウムからグラフェン量子ドットに超伝導電流を流す。モリブデンレニウムが難しい場合には、アルミニウム、ニオブなどの他の超伝導体を使用する。また、グラフェン量子ドットに強磁性体電極を接合する等、新しいデバイスの作製に取り組むことも考えている。

  • Research Products

    (24 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Int'l Joint Research] アシュート大学(エジプト)

    • Country Name
      EGYPT
    • Counterpart Institution
      アシュート大学
  • [Journal Article] Glycan-functionalized graphene-FETs toward selective detection of human-infectious avian influenza virus2017

    • Author(s)
      Takao Ono, Takeshi Oe, Yasushi Kanai, Takashi Ikuta, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue, Yohei Watanabe, Shin-ichi Nakakita, Yasuo Suzuki, Toshio Kawahara, and Kazuhiko Matsumoto
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 56 Pages: 030302/1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.030302

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Zero-bias conductance anomaly in graphene dots2017

    • Author(s)
      Yasushi Kanai, Mohamed Almokhtar, Takao Ono, Yasuhide Ohno, Kenzo. Maehashi, Kouichi Inoue and Kazuhiko. Matsumoto
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dynamical Thermodiffusion Model of Graphene Synthesis on Polymer Films by Laser Irradiation and Application to Strain Sensors2017

    • Author(s)
      Yasushi Kanai, Yusuke Ishibashi, Takao Ono, Koichi Inoue, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, and Kazuhiko Matsumoto
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detection Kondo effect in graphene quantum dots2016

    • Author(s)
      Yasushi Kanai, Takashi Ikuta, Takao Ono, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue and Kazuhiko Matsumoto
    • Journal Title

      Compound Semiconductor Week (CSW) [Includes 28th International Conference on Indium Phosphide & Related Materials (IPRM) & 43rd International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS), 2016

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1109/ICIPRM.2016.7528502

  • [Journal Article] Photocurrent enhancement of graphene phototransistors using p-n junction formed by conventional photolithography process2016

    • Author(s)
      M. Shimatani, S. Ogawa, D. Fujisawa, S. Okuda, Y. Kanai, T. Ono, K. Matsumoto,
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 110307

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.110307

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Graphene field-effect transistor for biosensor2016

    • Author(s)
      K. Matsumoto, R. Hayashi, Y. Kanai, K. Inoue, T. Ono
    • Journal Title

      Proceedings of AM-FPD 2016 - 23rd International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices: TFT Technologies and FPD Materials

      Volume: - Pages: 45-46

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.110307

  • [Journal Article] Switching of charge-current-induced spin polarization in the topological insulator BiSbTeSe22016

    • Author(s)
      F. Yang, S. Ghatak, A. A. Taskin, K. Segawa, Y. Ando, M. Shiraishi, Y. Kanai, K. Matsumoto, A. Rosch, Y. Ando,
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 94 Pages: 075304

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.94.075304

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] マイクロウェルと複合化したグラフェントランジスタを用いたHelicobacter pyloriの検出2017

    • Author(s)
      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64回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、神奈川
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] アルミナ保護膜を用いたグラフェンデバイス作製2017

    • Author(s)
      岡崎 凌、谷奥 正巳、生田 昂、金井 康、小野 尭生、井上 恒一、松本 和彦
    • Organizer
      第64回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、神奈川
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] グラフェン多重量子ドット2017

    • Author(s)
      金井 康、アルモクタール モハメド、小野 尭生、大野 恭秀、前橋 兼三、井上 恒一、松本 和彦
    • Organizer
      第64回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、神奈川
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] ランダム積層CVDグラフェンの電気・磁気的特性2017

    • Author(s)
      植村 孝平、生田 昂、小野 尭夫、金井 康、井上 恒一、松本 和彦、日原 岳彦、前橋 兼三
    • Organizer
      第64回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、神奈川
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] グラフェンFETを用いたバイオセンサーのチャネルサイズの最適化2017

    • Author(s)
      坂口 慶介、金井 康、小野 尭生、井上 恒一、松本 和彦
    • Organizer
      第64回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、神奈川
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] Position-Controlled Single-Crystalline Graphene Growth and Biosensor Array for Discriminating Subtype of Virus2016

    • Author(s)
      Yuki Mori, Yuto Anzai, Takashi Ikuta, Takao Ono, Yasushi Kanai, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue and Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      The 20th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-12-12 – 2016-12-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of an Anti-influenza Drug Using Glycan-Functionalized Graphene Field-Effect Transistors2016

    • Author(s)
      K. Kamada, T. Ono, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue, Y. Watanabe, T. Kawahara, Y. Suzuki, S. Nakakita6 and K. Matsumoto
    • Organizer
      The 20th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-12-12 – 2016-12-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Affinity Assay of Human/Avian-Type Hemagglutinin Using Sialoglycan-Functionalized Graphene FET toward Influenza Diagnosis2016

    • Author(s)
      R. Hayashi, T. Ono, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue, Y. Watanabe, T. Kawahara, Y. Suzuki, S. Nakakita and K. Matsumoto
    • Organizer
      The 20th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-12-12 – 2016-12-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrical Detection of Polymerase Chain Reaction Using Graphene Field-Effect Transistors2016

    • Author(s)
      Takashi Ikuta, Shunsuke Tamba, Yasushi. Kanai, Yasushide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue, Yutaka Ie, Yoshio Aso, and Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-11-08 – 2016-11-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Kondo Effect in Graphene Quantum Dots2016

    • Author(s)
      Yasushi Kanai, Takao Ono, Yasushide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue, and Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-11-08 – 2016-11-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グラフェンを用いた P3HT 分子ワイヤデバス評価2016

    • 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7回分子アーキテクトロニクス研究会
    • Place of Presentation
      九州大学
    • Year and Date
      2016-10-20 – 2016-10-21
  • [Presentation] グラフェン電極を有したP3HT分子ワイヤデバイス2016

    • 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回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ、新潟
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] ポルフィリンリンカーを用いたグラフェンバイオセンサーの高感度化2016

    • Author(s)
      川田 拓哉、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回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ、新潟
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] グラフェン表面弾性波デバイスの溶液中での音響電流制御2016

    • Author(s)
      奥田 聡志,金井 康, 小野 尭生, 小川 新平, 藤澤 大介, 嶋谷 政彰, 井上 恒一, 前橋 謙三, 松本 和彦
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ、新潟
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] Detection Kondo effect in Graphene Quantum Dots2016

    • Author(s)
      Yasushi Kanai, Takashi Ikuta, Takao Ono, Yasushide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue, and Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      The 43rd International Symposium on Compound Semiconductor Week
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2016-06-23 – 2016-06-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An Application of Graphene Field Effect Transistor to Enzymatic Assay2016

    • Author(s)
      Takao Ono, Yasushi Kanai, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue, and Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      The 43rd International Symposium on Compound Semiconductor Week
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2016-06-23 – 2016-06-30
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-01-16  

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