| 研究課題/領域番号 |
16K17481
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉田 健治 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (50738599)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 単一分子接合 / ナノエレクトロニクス / 量子物性 / 近藤効果 / テラヘルツ |
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| 研究実績の概要 |
単一分子に代表される数nm 以下の極微量子ドットではその特徴的エネルギーが主にテラヘルツ帯周波数に分布するため、テラヘルツ 電磁波が系のキャリア伝導に大きく影響する。本研究では、分子スケール領域へのテラヘルツ電磁波集光技術を用いることで、単一分子接合系におけるキャリア伝導のテラヘルツダイナミクスの解明を目指す。特に、分子振動-テラヘルツ光子間相互作用に起因したトンネル伝導及び交流ポテンシャル下での近藤効果の振舞いを明らかにする。さらに、単一分子領域でのキャリア伝導・量子多体効果のダイナミクスの解明、単一分子振動のコヒーレント振動に向けた基礎的学理を確立することを目的として研究を遂行している。平成28年度は、「単一分子トランジスタ及び単一金属微粒子量子ドットトランジスタの作製、伝導評価とそのテラヘルツ光応答の評価及びよりテラヘルツ光のより高効率集光を目指した測定系の整備」を中心として研究を進めた。本年度に得られた成果として、
①フラーレン及び金属内包フラーレンを用いた単一分子トランジスタのテラヘルツ分光を行い単一分子の分子振動の観測に成功した。
②金属ナノ接合に通電断線法を施し、偶発的に生じる金属微粒子を用いた単一量子ドットトランジスタの作製し、近藤効果の観測に成功した。
③単一カーボンナノチューブを用いた単一電子トランジスタの作製を新たに開始し、明瞭なクーロンダイヤモンド特性の観測を80%という高い素子歩留まりで達成した。
④テラヘルツ光を高効率に集光させるための素子構造及び実験系の整備を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
テラヘルツ光を素子に高効率に集光させるために用いるSiレンズの再設計を行うことで、高効率かつ利便性の高いレンズを作製した。また、本研究で用いる単一分子を用いたトランジスタ試料の作製に関しては引き続き取り組んでおり、単一分子の分子振動のテラヘルツ分光に成功するという成果が得られたものの、素子歩留まりの悪さと素子特性の不安定性がテラヘルツ光照射実験の大きな足枷となっており、研究の進展を遅らせている。一方で強磁性金属ナノ微粒子を用いたトランジスタにおいて明瞭な近藤効果の観測には成功しており、比較的高い歩留まりで素子作製が可能であることを確認したことは好材料であるといえる。また、より歩留まりの高い素子材料として単一カーボンナンチューブ分子を用いたトランジスタの作製を開始した。現時点で、単一カーボンナンチューブトランジスタ試料の作成には既に成功しており、現在はその作製手法の最適化を行っている。いくつかの点で進展はあったものの、本研究課題の達成度は「当初の予定からはやや遅れている」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は引き続き単一分子及び金属微粒子系の素子作製及びその素子作製手法の最適化を図ることで、より高効率にテラヘルツ分光実験を行う予定である。特に、金属微粒子系トランジスタでは比較的高い歩留まりで近藤効果を示す素子が作製できたことから、テラヘルツ分光実験への移行を行い、交流ポテンシャル下での近藤効果の解明をすることで、電子スピン間相関現象の物理の更なる深化を目指す。
一方でフラーレンなどの単一分子を用いた素子は、分子寸法が1 nm以下であるため、その歩留まりの向上や素子の安定性には限界があり、抜本的な打開策を講じる必要がある。その一つとして、単一カーボンナノチューブ（CNT）分子を用いたトランジスタのりようである。単一CNTは、フラーレンなどの他の有機分子と同様の物性（分子振動や高い近藤効果の発現）を示し、他の単一分子素子に比べてその素子作製の歩留まりや素子の安定性に優れた機能を有しており、本研究課題で挙げている課題を、単一CNT分子を用いることでより効率的に達成できる可能性がある。そのため、分子振動の周波数がテラヘルツ周波数領域に達するチャネル長が数十ナノメートルの単一CNTトランジスタの作製を行い、そのテラヘルツ分光を行うことで、分子振動とテラヘルツ光子との相互作用の観測を行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度は試料作製に時間を要したこととカーボンナノチューブを用いた素子の作製に着手したため、測定系の整備に遅れが生じた結果、必要とする備品の購入を断念した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今回、来年度に繰り越した研究費はテラヘルツ光を分子及びカーボンナノチューブトランジスタに照射するための測定系及び光学系の整備に用いる予定である。
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