ナノ機械パラメトロン素子の研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20246064
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 山口 浩司 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 部長 (60374071)
• 研究分担者: 永瀬 雅夫 徳島大学, 大学院・ソシオテクノサイエンス, 教授 (20393762) ; 山崎 謙治 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (40393764) ; 山口 徹 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (30393763) ; 岡本 創 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究主任 (20350465) ; 小野満 恒二 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究主任 (30350466)
• キーワード: 電子デバイス / 集積回路 / 新規デバイス / マイクロ / ナノマシン

研究概要

パラメトロン素子による論理動作を実現するため、結合させた機械共振器の振動特性を評価した。すでに完全電気的な周波数チューニングに成功しているが、このチューニング状態における反対称振動を用い、電荷検出器としての可能性を追求した。反対称状態は重心運動を伴わないため、外部からの加振に対して励振されない。しかし一方の共振器に電荷が加わると、圧電効果によりバランスがくずれ、振動が励起される。この現象を用いて電荷検出を行い、約147電子相当の電荷検出に成功した。
化合物半導体パラメトリック機械共振器の周波数変換機能を用いたロジック応用、とくに1素子による複合論理回路の実現可能性について検討した。パラメトリック周波数変換は、従来、光エレクトロニクス技術において用いられているが、我々は微小機械共振器においても同様のパラメトリック周波数変換が可能であることを見出した。その機能を用い、シグナル、ポンプ振動を加えることにより、その差周波に相当するアイドラーが生成でき、その周波数を適切に選ぶことにより、AND、OR、XORの基本論理ゲートが構成できることを示した。さらに、3ポンプ入力に対する周波数変換を行うことにより、これらの基本ゲートを複数組み合わせた複合論理ゲートも、たった一個の機械共振器で実現できることを実証した。これらの結果を発展させれば、少数のパラメトリック機械共振器を用いるだけで、論理回路をも構成できる可能性が示された。
その他、ナノ機械パラメトロンの将来的な高性能化、高機能化に繋がる基盤技術として、ブロックコポリマーによるナノリソグラフィー、ならびに分子線エピタキシ成長による、ナノ機械共振器に適したヘテロ構造作製の研究を推進させた。

研究成果

• [雑誌論文] High-sensitivity charge detection using antisymmetric vibration in coupled micromechanical oscillators (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, N.Kitajima, K.Onomitsu, R.Kometani, S.Warisawa, Sunao Ishihara, H.Yamaguchi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: Volume 98 ページ: 014103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibration Amplification, Damping, and Self-Oscillations in Micromechanical Resonators Induced by Optomechanical Coupling through Carrier Excitation (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, D.Ito, K.Onomitsu, H.Sanada, H.Gotoh, T.Sogawa, H.Yamaguchi
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: Volume 106 ページ: 036801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interconnect-free parallel logic circuits in a single mechanical resonator (2011)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, E.Flurin, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: Volume 2 ページ: 198
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical control of nanomechanical vibration in GaAs resonators (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, K.Onomitsu, T.Sogawa, H.Yamaguchi
  • 雑誌名: NTT Technical Review 巻: Volume 9 ページ: 1
• [雑誌論文] Feedback Cooling of a Strained GaAs Micromechanical Beam Resonator (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Watanabe, K.Onomitsu, H.Yamaguchi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 巻: Volume 3 ページ: 065201
  • 査読あり
• [雑誌論文] A symmetry-breaking electromechanical detector (2010)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, C.Froitier, H.Yamaguchi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: Volume 96 ページ: 213103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced force sensitivity and noise squeezing in an electromechanical resonator (2010)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, E.Flurin, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: Volume 97 ページ: 243105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable coupling of mechanical vibration in GaAs micro-resonators (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, T.Kamada, K.Onomitsu, I.Mahboob, H.Yamaguchi
  • 雑誌名: Physica E 巻: Volume 42 ページ: 2849-2852
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resist Coating on Vertical Side Faces Using Conventional Spin Coating for Creating Three-Dimensional Nanostructures in Semiconductors (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Yamazaki, H.Yamaguchi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 巻: Volume 3 ページ: 106501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable Backaction of a DC SQUID on an Integrated Micromechanical Resonator (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Poot, S.Etaki, I.Mahboob, K.Onomitsu, H.Yamaguchi, Ya.M.Blanter, H.S.J.van der Zant
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: Volume 105 ページ: 207203
  • 査読あり
• [学会発表] Nonlinear nanomechanical resonance of coupled GaAs oscillators (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, C.Y.Chang, K.Onomitsu, E.Y.Chang, H.Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2011)
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 20110111-20110114
• [学会発表] A Universal electromechanical logic gate (2011)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, E.Flurin, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2011)
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 20110111-20110114
• [学会発表] Remote radio-frequency actuation of a kHz electromechanical resonator (2011)
  • 著者名/発表者名: D.Hatanaka, I.Mahboob, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2011)
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 20110111-20110114
• [学会発表] Resist coating on vertical side faces using conventional spin coating for creating three-dimensional nanostructures in semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yamazaki, H.Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2011)
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 20110111-20110114
• [学会発表] A New displacement detection system using an on-chip HEMT amplifier (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Oda, K.Onomitsu, R.Kometani, S.Warisawa, S.Ishihara, H.Yamaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2011)
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 20110111-20110114
• [学会発表] Carrier-mediated opto-mechanical coupling in GaAs cantilevers (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, D.Ito, K.Onomitsu, H.Sanada, H.Gotoh, T.Sogawa, H.Yamaguchi
  • 学会等名: Frontiers in Nanoscale Science and Technology (FNST2011)
  • 発表場所: Saitama (招待)
  • 年月日: 20110105-20110107
• [学会発表] Displacement noise squeezing in an electromechanical resonator (2011)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, E.Flurin, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi
  • 学会等名: Frontiers in Nanoscale Science and Technology (FNST2011)
  • 発表場所: Saitama
  • 年月日: 20110105-20110107
• [学会発表] 機械振動2準位系におけるパラメトリックポンピング (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡本創、Imran Mahboob、小野満恒二、山口浩司
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] GaAs/AlGaAs微小機械振動子の遠隔高周波励振 (2011)
  • 著者名/発表者名: 畑中大樹、Imran Mahboob、山口浩司
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] 半導体ナノ構造作製のためのSiブロック垂直側面上レジスト塗布 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山崎謙治、山口浩司
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-24
• [学会発表] Piezoelectric coupled nanomechanical oscillators based on GaAs/AlGaAs heterostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, C.-Y.Chang, K.Onomitsu, E.Y.Chang, H.Yamaguchi
  • 学会等名: 2010 Workshop on Innovative Devices and Systems (WINDS2010)
  • 発表場所: Hawaii, US
  • 年月日: 20101205-20101210
• [学会発表] Quantum effects of motion (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi
  • 学会等名: Japanese-American Frontier of Science Symposium (JAFoS)
  • 発表場所: Chiba (招待)
  • 年月日: 20101203-20101205
• [学会発表] A new displacement detection system using an on-chip HEMT amplifier (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Oda, K.Onomitsu, R.Kometani, S.Warisawa, S.Ishihara, H.Yamaguchi
  • 学会等名: 23rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2010)
  • 発表場所: Kokura
  • 年月日: 20101109-20101112
• [学会発表] Resist-coating on vertical side faces using conventional spin coating for creating three-dimensional nanostructures in semiconductor (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Yamazaki, H.Yamaguchi
  • 学会等名: 23rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2010)
  • 発表場所: Kokura
  • 年月日: 20101109-20101112
• [学会発表] Graphoepitaxy of diblock copolymers for lithographic application (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamaguchi, H.Yamaguchi, T.Iyoda
  • 学会等名: 23rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2010)
  • 発表場所: Kokura (招待)
  • 年月日: 20101109-20101112
• [学会発表] Piezoelectric control of coupled vibration in elastically coupled nanomechanical oscillators (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, C.-Y.Chang, K.Onomitsu, E.Y.Chang, H.Yamaguchi
  • 学会等名: International Conference on Solid Devices and Materials (SSDM2010)
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20100922-20100924
• [学会発表] Detuning dependence of the nonlinear resonance in coupled nanomechanical oscillators (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, C.-Y. Chang, K.Onomitsu, E.Y.Chang, H.Yamaguchi
  • 学会等名: Workshop on Nano-Opto-Electro-Mechanical Systems Approaching the Quantum Regime (NOEMS)
  • 発表場所: Trieste, Italy
  • 年月日: 20100906-20100910
• [学会発表] Linear and nonlinear resonance of frequency tunable coupled micromechanical oscillators (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, C.Y.Chang, K Onomitsu, E.Y.Chang, H.Yamaguchi
  • 学会等名: The workshop on Advanced functionality with three-dimensionally controlled quantum structures
  • 発表場所: Berlin
  • 年月日: 20100830-20100831
• [学会発表] Microelectromechanical resonators integrating GaAs/AlGaAs two-dimensional electron systems (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi, I.Mahboob, H.Okamoto
  • 学会等名: The workshop on Advanced functionality with three-dimensionally controlled quantum structures
  • 発表場所: Berlin
  • 年月日: 20100830-20100831
• [学会発表] Mechanical to electrical energy transduction using a micromechanical 2 DES cantilever (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi, H.Okamoto, Y.Maruta, S.Ishihara, Y.Hirayama
  • 学会等名: 16th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2010)
  • 発表場所: Berlin (招待)
  • 年月日: 20100822-20100827
• [学会発表] Challenge for electromechanical logic systems using compound semiconductor heterostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi, I.Mahboob, H.Okamoto, K.Onomitsu
  • 学会等名: 2010 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices (AWAD2010)
  • 発表場所: Tokyo (招待)
  • 年月日: 20100630-20100702
• [学会発表] Displacement noise squeezing in an electromechanical resonator (2010)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, E.Flurin, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi
  • 学会等名: 2010 International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS2010)
  • 発表場所: Takamatsu
  • 年月日: 20100531-20100604
• [学会発表] Sensitive charge detection using perfectly-tuned coupled nanomechanical oscillators (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, N.Kitajima, K.Onomitsu, R.Kometani, S.Warisawa, S.Ishihara, H.Yamaguchi
  • 学会等名: Int.Workshop on Nanomechanical Cantilever Sensors (NMC2010)
  • 発表場所: Banff
  • 年月日: 20100526-20100528
• [学会発表] 結合ナノ機械共振器における結合振動の圧電制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡本創、張家源、小野満恒二、張翼、山口浩司
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] Controlling Quality Factor in Micromechanical Resonators by Carrier Excitation (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡本創、伊藤大介、小野満恒二、寒川哲臣、山口浩司
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] 両親媒性液晶型ブロック共重合体のグラフォエピタキシ (2010)
  • 著者名/発表者名: 山口徹、山口浩司、彌田智一
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-14
• [備考]
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/group/butsuka-g/
• [備考]
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/people/hiroshi/home_eng.html