| 研究課題/領域番号 |
23K20962
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01400 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
岩崎 拓哉 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, 独立研究者 (50814274)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
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| キーワード | グラフェン / 六方晶窒化ホウ素 / モアレ超格子 / 量子ドット / 単一電子輸送 / 量子ホール効果 / バレーホール効果 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
二層グラフェンおよび六方晶窒化ホウ素（hBN）との積層によるモアレ超格子を基に、量子ポイントコンタクト、量子ドット型ゲート電極を有するデバイスを作製し、コンダクタンスの量子化やクーロンブロッケード特性、二重量子ドットにおける少数電子状態の観測を目標に研究を進める。昨年度、二層グラフェン/hBN積層ヘテロ構造のデュアルゲート型デバイスにおいてバンドギャップおよびバレー流の制御を実証した。また量子ポイントコンタクト、量子ドット構造素子の作製プロセスの最適化を進めた。今後は微細構造素子の低温電子輸送測定を行い、コンダクタンス量子化や電子閉じ込めの観測を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は、スピンおよびバレー自由度を利用する新奇原理で動作する素子の開発を目的とする。これを実現するために、二層グラフェン/六方晶窒化ホウ素（hBN）モアレ超格子を基礎とした微細構造デバイスの設計・作製に取り組んでいる。バレー自由度に起因する輸送現象であるバレーホール効果は反転対称性の破れた系で観測されており、二層グラフェン/hBNモアレ超格子においても観測されている。我々は二層グラフェン/hBNモアレ超格子におけるバレーホール効果の垂直電場による制御を検討した。デュアルゲート構造により二層グラフェンのキャリア密度と垂直電場を独立に制御することで、バンドギャップを調整し、バレーホール効果に起因する巨大な非局所抵抗の制御に成功した。また、グラファイトバックゲートを有するゲート定義型量子ポイントコンタクトデバイスを試作した。幅100 nm以下で設計したスプリットゲートとバックゲートにより垂直電場を印加し、バンドギャップを形成することで1次元チャネルを形成した。低温での輸送特性測定において、磁場、電場を調整することで、コンダクタンスが量子化し、階段状に変化する特性を観測した。また、電子の伝導方向に長いスプリットゲートを作製し、その上に絶縁膜・トップゲートを作製し、量子デバイスを試作した。比較的高温での輸送特性測定において、量子干渉効果に起因するコンダクタンスの振動を観測し、閉じ込め構造が形成されていることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
高品質なグラファイトバックゲートおよびデュアルゲート型二層グラフェン/hBN超格子デバイスの作製およびバレーホール効果の観測および制御に成功した。また、コンタクト電極作製プロセスを見直し、デバイス作製の歩留まりが改善した。トップゲート用絶縁膜、微細構造ゲート電極の作製プロセスの最適化も進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに確立した作製プロセスにより、hBN/二層グラフェン/hBN構造を基礎とするゲート定義型微細構造デバイスを作製し、低温電子輸送測定を進める。量子ポイントコンタクトデバイスの解析を進め、設計等をフィードバックし、量子ドットデバイスの実現および少数電子状態の制御を目指す。デバイス品質の更なる向上を目指し、グラファイト電極によるデュアルゲート構造デバイスの設計・作製を検討する。また、上下のhBNと二層グラフェンの相対積層角度を調整したデバイスの作製および電子輸送測定を検討する。
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