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2016 年度 実施状況報告書

ナノカーボンテンプレートによる低次元・高品質結晶成長技術構築と光素子応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K13677
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

牧 英之  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (10339715)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード光デバイス・光回路 / ナノカーボン
研究実績の概要

本研究では、ナノカーボン材料を用い、その低次元構造をテンプレートとした新規微細加工技術を提案し、現在のリソグラフィー・エッチング技術では実現できない数nmオーダーの微細加工を実現する。加えて、ナノカーボン材料のフレキシビリティー・化学的安定性・低表面エネルギーといったナノカーボン独自の性質に着目して、ナノカーボンを基板とした独自の結晶成長を提案し、従来の固体基板では実現できない基板での薄膜およびドット形成を実演する。最終的には、本手法による微細加工・結晶成長技術を光物性制御や光デバイス開発に広く適用可能であることを示すことを目的とする。
今年度は、カーボンナノチューブをテンプレートとして、一次元ナノワイヤー作製方法の構築とそれによる低次元量子物性の発現に関する研究を進めた。超伝導体である窒化ニオブをカーボンナノチューブ上に形成し、シリコンチップ上に超伝導ナノワイヤーを作製するとともに、その電気伝導測定が可能なデバイスを作製した。その結果、低次元超伝導体に発現するとされる超伝導-絶縁体転移を観測することに成功した。また、低次元超伝導体に特有の磁束のトンネルに相当する位相スリップを観測したが、電極材料の超伝導転移に誘起された位相スリップの変化を観測することに新たに成功した。また、カーボンナノチューブ上に、原子層堆積装置によるAl2O3成長を試みた。その結果、成長条件に応じて、ドット状からワイヤー状の成長制御が可能なことを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究計画では、カーボンナノチューブをテンプレートとして、金属材料である窒化ニオブを用いたナノメートルオーダーのナノワイヤー成長に成功するとともに、そのナノワイヤーにおいて、超伝導-絶縁体転移などの新たな量子輸送現象の観測に成功した。これは、従来の微細加工では実現が難しい新たな微細加工法と物性制御法を示したものである。また、原子層堆積装置を用いてカーボンなオンチューブ上に誘電体であるAl2O3を成長することで、当初の目的である量子ドットの形成や1次元ナノワイヤーの形成といった成長制御法も示した。さらに、当初の予定を超えて、カーボンナノチューブの励起子発光制御に関する成果も得た。

今後の研究の推進方策

今年度研究を進めた1次元微細加工技術や量子ドット・薄膜成長技術に関する研究を引き続き進展させるとともに、それによる光物性制御に関する研究を進める。また、これによる単一光子生成や光デバイス応用に関する研究も着手して、本研究で提案する低次元構造作製法が、新たな光デバイス実現に有効であることを示す。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] シリコン上での小型・高速ナノカーボン発光素子2016

    • 著者名/発表者名
      牧英之
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 85 ページ: 947-951

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal and Quantum Phase Slips in Niobium-Nitride Nanowires Based on Suspended Carbon Nanotubes2016

    • 著者名/発表者名
      Kohei Masuda, Satoshi Moriyama, Yoshifumi Morita, Katsuyoshi Komatsu, Tasuku Takagi, Takayuki Hashimoto, Norihisa Miki, Takasumi Tanabe and Hideyuki Maki
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 103 ページ: 222601-222605

    • DOI

      dx.doi.org/10.1063/1.4952721

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Nanocarbon-Based Optoelectronic Devices2017

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Maki
    • 学会等名
      The 1st International Workshop on Chromogenic Materials and Devices
    • 発表場所
      物質・材料研究機構(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2017-03-15 – 2017-03-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nanocarbon-based light sources for integrated optoelectronics and optical communications2016

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Maki
    • 学会等名
      17th International Conference on the Science and Application of Nanotubes and low-dimensional materials(NT16)
    • 発表場所
      Vienna(Austria)
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Photon antibunching in single-walled carbon nanotubes at telecommunication wavelengths and room temperature2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Takaki, Takumi Endo, Junko Ishi-Hayase, Hideyuki Maki
    • 学会等名
      17th International Conference on the Science and Application of Nanotubes and low-dimensional materials(NT16)
    • 発表場所
      Vienna(Austria)
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-13
    • 国際学会
  • [学会発表] On-silicon-chip, integrated, high-speed blackbody emitter based on graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Miyoshi, Yuya Amasaka, Robin Reckmann, Tomoya Yokoi, Kazuki Ishida, Hiroki Ago, Hideyuki Maki
    • 学会等名
      7th International Conference on the Science and Application of Nanotubes and low-dimensional materials(NT16)
    • 発表場所
      Vienna(Austria)
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Nanocarbon-based light emitters for optical communications2016

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Maki
    • 学会等名
      Optoelectronics and Communications Conference/International Conference on Photonics in Switching 2016 (OECC/PS 2016)
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • 年月日
      2016-07-03 – 2016-07-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ナノカーボンを用いた光デバイスおよび超伝導デバイス開発2016

    • 著者名/発表者名
      牧英之
    • 学会等名
      第70回日本磁気学会ナノマグネティクス専門研究会
    • 発表場所
      日本大学理工学部駿河台キャンパス(東京都・千代田区)
    • 年月日
      2016-05-27 – 2016-05-27
    • 招待講演
  • [図書] カーボンナノチューブ・グラフェンの応用研究最前線2016

    • 著者名/発表者名
      牧英之,丸山茂夫,野田優,寺澤知潮,斉木幸一朗,吾郷浩樹,畠賢治,斎藤毅,楠美智子,重松航,長谷川雅考,仁科勇太,中嶋直敏,古月文志,柳和宏,田中丈士,大町遼,北浦良,篠原久典,本間芳和,他
    • 総ページ数
      480(356-370)
    • 出版者
      株式会社エヌ・ティー・エス

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公開日: 2018-01-16  

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