研究課題
本研究では、金属細線でのエレクトロマイグレーション現象を利用し、金属原子を室温で一つずつ移動させることが可能な、新しい原子移動操作技術の開発を行う。具体的には、原子スケールの接点構造である「原子接合」や、原子スケールのギャップ構造「原子ギャップ」を作製する。これらの技術を応用し、原子１個～数個分の島電極を有する単電子トランジスタである「“単原子”トランジスタ」の実現を目指す。技術的には、金属細線でのエレクトロマイグレーションの発現強度を、印加電圧のその場フィードバック制御により調整する。本研究では、Field-Programmable Gate Array（FPGA）を用いたカスタムハードウェアを独自に構築し、原子を高速に移動制御する技術を開発する。これより、“エレクトロマイグレーション”という簡単な手法にて原子スケールデバイス技法の開拓を行い、単原子機能の発現・制御手法の確立を目指す。最終年度（平成29年度）では、これまでに開発してきたFPGAを用いた専用カスタムハードウェアによる超高速エレクトロマイグレーション手法により、Au細線に対して電圧フィードバック制御型エレクトロマイグレーション法を適用した。これより、Au原子が1個～数個の接点構造である「原子接合」や、原子1個～数個のギャップ構造である「原子ギャップ」の作製に成功した。さらに、本手法を直列に接続されたAuナノギャップに適用し、同一電流を複数のナノギャップに通電させることで、2～10素子の複数個の単電子トランジスタを同時に一括作製する技術を開発した。作製された素子は室温でゲート電圧によるクーロンブロッケード変調特性を確認でき、アイランド電極のサイズが10nm以下（原子が数10個以下）であることを示している。本手法をさらに精緻に制御することで、アイランド電極のサイズが原子1個～数個ほどの単原子トランジスタの開発が可能であることが示唆された。
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)
Applied Physics Letters
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