ナノ機械パラメトロン素子の研究

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20246064
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 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研究部, 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)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 電子デバイス / 集積回路 / 新規デバイス / マイクロマシン / ナノマシン

研究概要

化合物半導体ヘテロ構造を用いて微小機械共振器を作製し、その特徴的な電気機械振動特性を応用した新しい機能の探究を進めた。この結果、以下の成果が得られた。(1)パラメトリック周波数変換を実現し、一個の機械共振器により複数の論理ゲートと等価な演算を実現する新しい論理情報処理手法の提案と実証を行った。(2)化合物半導体の光半導体素子としての機能を活用し、キャリア励起による新しい光・機械結合を実現した。(3)二つの機械共振器を結合し、その周波数をチューニングする手法を開拓した。(4)これらの微小機械構造を高精度で作製するために必要なナノ加工技術の高度化に成功した。

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, S.Ishihara, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 98 ページ: 014103
• [雑誌論文] Vibration amplification, damping, and self-oscillations inmicro-mechanical resonators induced by opto-mechanical coupling through carrierexcitation (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. 106 ページ: 036801
• [雑誌論文] In-ter-connect-free parallel logic cir-cuits ina 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 2 ページ: 198
• [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 3 ページ: 065201
• [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. 96 ページ: 213103
• [雑誌論文] Enhanced force sensitivity and noisesqueezing 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. 97 ページ: 243105
• [雑誌論文] Tunablecoupling 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 42 ページ: 2849
• [雑誌論文] Resist coating on vertical side faces using conventional spincoatingforcreating three-dimensional nanostructures insemiconductors (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Yamazaki, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 3 ページ: 106501
• [雑誌論文] Tunable backaction of a dc SQUID on an inte-grated 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. 105 ページ: 207203
• [雑誌論文] Controlling Quality Factor in Micromechanical Resonators byCarrierExcitation (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, D.Ito, K.Onomitsu, T.Sogawa, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 2 ページ: 035001
• [雑誌論文] Room temperature piezoelectric displacement detection via a silicon field effect transistor (2009)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 95 ページ: 233102
• [雑誌論文] Direct actuation of GaAs membrane with the microprobe of scanning probemicroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Tamaru, K.Nonaka, M.Nagase, H.Yamaguchi, S.Warisawa, S.Ishihara.
  • 雑誌名: Jpn. J.Appl. Phys. 48 ページ: 06FG06
• [雑誌論文] evaluation of thermal mechanical vibration amplitude and mechanical properties of carbon nanopillars using scanning electron microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Nonaka, K.Tamaru, M.Nagase, H.Yamaguchi, S.Warisawa, S.Ishihara.
  • 雑誌名: Jpn. J.Appl. Phys. 48 ページ: 06FG07
• [雑誌論文] Optical tuning of coupled micromechanical resonators (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, T.Kamada,K.Onomitsu, I.Mahboob, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 2 ページ: 062202
• [雑誌論文] Fabrication of nano-mechanical Structures from bulk-GaAs using angled Ion Etching (2009)
  • 著者名/発表者名: V.K.Singh, K.Yamazaki, T.Tawara, H.Okamoto, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 2 ページ: 065001
• [雑誌論文] Controlling quality factor in micromechanical resonators bycarrier excitation (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, D.Ito, K.Onomitsu, T.Sogawa, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 2 ページ: 035001
• [雑誌論文] Improved resonance characteristics of GaAs beam resonators by epitaxially induced strain (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi, K.Kato, Y.Nakai, K.Onomitsu, S.Warisawa, S.Ishihara.
  • 雑誌名: Appl.Phys. Lett. 92 ページ: 251913
• [雑誌論文] Thermoelastic dampingin GaAs micromechanical resonators (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, D.Ito, K.Onomitsu, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Phys. Stat. Sol. 5 ページ: 2920
• [雑誌論文] Motion detection of amicromechanical resonator embedded in a d.c. SQUID (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Etaki, M.Poot, I.Mahboob, K.Onomitsu, H.Yamaguchi, H.S.J.van der Zant.
  • 雑誌名: Nature Phys. 4 ページ: 785
• [雑誌論文] Flexible nanofabrication in three- dimensional electron-beam lithography enhanced by suppression of proximity effect (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Yamazaki, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 1 ページ: 09701
• [雑誌論文] In-plane conductancemeasurement of graphene nanoislands using an integrated nanogap probe (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Nagase, H.Hibino, H.Kageshima, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: Nanotechnology 19 ページ: 495701
• [雑誌論文] Three-dimensional alignment with 10 nm order accuracy in electron-beam lithography on rotated sample for three-dimensional nanofabrication (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Yamazaki, H.Yamaguchi.
  • 雑誌名: J.Vac. Sci. Technol. B26 ページ: 2529
• [学会発表] Carrier-mediated optome-chanical coupling inGaAs 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 Nano-scale Science and Technology(招待)
  • 発表場所: Saitama
  • 年月日: 2011-01-06
• [学会発表] Dis-placement noise squeezing in an elec-tromechanical 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 Nano-scale Science and Technology
  • 発表場所: Saitama
  • 年月日: 2011-01-06
• [学会発表] Piezoelectric coupled nanomechanical oscillators based on GaAs/AlGaAs hetero structures (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, C.-Y.Chang, K.Onomitsu, E.Y.Chang, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 2010Workshop onInnovative Devices and Systems(WINDS2010)
  • 発表場所: Hawaii, US
  • 年月日: 2010-12-09
• [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(招待)
  • 発表場所: Chiba
  • 年月日: 2010-12-05
• [学会発表] Detuning dependence of the nonlinear resonanceincoupled 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-ElectromechanicalSystems Approaching the Quantum Regime
  • 発表場所: Trieste, Italy
  • 年月日: 2010-09-07
• [学会発表] Me-chanical to electrical energy trans-duction using a micromechanical 2DES cantilever (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi, H.Okamoto, Y.Maruta, S.Ishihara, Y.Hirayama.
  • 学会等名: 16^<th> International Con-ference on Molecular Beam Epitaxy
  • 発表場所: Berlin(招待)
  • 年月日: 2010-08-24
• [学会発表] Challenge for electro-mechanical logic systems using compound semiconductor heterostruc-tures (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 Ad-vanced Semiconductor Devices
  • 発表場所: Tokyo(招待)
  • 年月日: 2010-06-30
• [学会発表] Dis-placement noise squeezing in an elec-tromechanical resonator (2010)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, E.Flurin, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 2010 Inter-national Symposium on Compound Semi-conductors
  • 発表場所: Takamatsu
  • 年月日: 2010-06-04
• [学会発表] Sensitive chargedetection using perfectly-tuned couplednanomechanical 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 Nano-mechanical Cantilever Sensors
  • 発表場所: Banff
  • 年月日: 2010-05-27
• [学会発表] Perfect frequency tuning of coupled nanome-chanical resonators by piezoelectriceffect (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 Gordon Research Confe-rence
  • 発表場所: Galveston, US
  • 年月日: 2010-03-22
• [学会発表] Spin dynamics characterized using a micro-mechanicalGaMnAs cantilever (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Onomitsu, I.Mahboob, H.Okamoto, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 2010 Gordon Research Conference
  • 発表場所: Galveston, US
  • 年月日: 2010-03-22
• [学会発表] Elec-tromechanical logic gate (2010)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, E.Flurin, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 2010 Gordon Research Conference
  • 発表場所: Gal-veston, US
  • 年月日: 2010-03-22
• [学会発表] Micro/Nano- elec-tro-mechanical systems for advanced semiconductor devices (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi, I.Mahboob, H.Okamoto, K.Onomitsu.
  • 学会等名: 2010 Interna-tional RCIQE/CREST Joint Workshop(招待)
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2010-03-02
• [学会発表] Micro/Nanoelectrome-chanical systems for advanced semi-conductor devices (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi, I.Mahboob, H.Okamoto, K.Onomitsu.
  • 学会等名: 2010 Inter-national RCIQE/CREST Joint Workshop,(招待)
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2010-03-02
• [学会発表] Piezo-electricdisplacement detection in a micro-electromechanical resonator via a silicon field effect transistor (2009)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, K.Nishiguchi, A.Fujiwara, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nano-devices and Nano0technology
  • 発表場所: Hawaii, US
  • 年月日: 2009-12-01
• [学会発表] Electromechanical systems for memory and logic (2009)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: InternationalConference on Solid State Devices and Materials (招待)
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2009-10-08
• [学会発表] Dynamic characterization method of GaAs membrane resonator bydirect excitation using scanning probe microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Tamaru, K.Nonaka, M.Nagase, H.Yamaguchi, R.Kometani, S.Warisawa, S.Ishihara
  • 学会等名: MNE2009
  • 発表場所: Belgium
  • 年月日: 2009-09-30
• [学会発表] Compound Semiconductor Micro/Nanomechanical Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi.
  • 学会等名: Topical Workshop on Hetero-structure Micro-electronics(招待)
  • 発表場所: 長野
  • 年月日: 2009-08-27
• [学会発表] Manipulating the dynamical potential well of a parametric reso-nator (2009)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, C.Froitier, H.Ya-maguchi.
  • 学会等名: 14^<th> International Conference on Modulated Semiconductor Structures
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 2009-07-23
• [学会発表] Tunablecoupling ofmechanicalvibration inGaAsmicro-resonators (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, T.Kamada, K.Onomitsu, I.Mahboob, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 14^<th>-International Conference on Modulated SemiconductorStructures
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 2009-07-23
• [学会発表] Hetero-structure-base d Micro/Nano-mechanical Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 18^<th> International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)(招待)
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 2009-07-20
• [学会発表] Micro/Nanomechanical systems based on compound semiconductor heterostructures (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi.
  • 学会等名: Frontiers of Na-no-scale Science and Technologies Symposium(招待)
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 2009-05-29
• [学会発表] Electro-mechancial parametric reso-nators fabricated from semiconductorheterostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboobl, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: Advanced Hete-ro-structures and NanostructuresWorkshop
  • 発表場所: Hawaii, US
  • 年月日: 2008-12-09
• [学会発表] Novel-functionalities in semiconductor-based micro/nanome-chanical Systems (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 21st-International Micro-processes and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: Fukuoka,(招待)
  • 年月日: 2008-10-29
• [学会発表] Bit op-eration in a parametrically pumped electromechanical resonator (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Imran, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 2008 International Symposium on Novel Na-no-electro-mechanical 3D Struc-tures
  • 発表場所: Ishikawa,(招待)
  • 年月日: 2008-10-23
• [学会発表] Compound semi-conductor nano-mechanics (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi
  • 学会等名: 35^<th>-International Symposium on Compound Semiconduc-tors
  • 発表場所: Rust,Germany(招待)
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] Mi-cro/Nano-mechanical systems for in-formation Processing (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi, I.Mahboob.
  • 学会等名: The 9^<th> Inter-national Symposium on Foundations of Quantum Mechanics in the Light of New Technology
  • 発表場所: Saitama,(招待)
  • 年月日: 2008-08-27
• [学会発表] Thequantum Hall effect probed via a pa-rametrically pumped electromechanicalresonator (2008)
  • 著者名/発表者名: I.Mahboob, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: Frontiers of Low- Temper-ature-Physics
  • 発表場所: London, UK
  • 年月日: 2008-08-14
• [学会発表] Drastic improvement in mechanical properties of micromechanical resonators using a strain-engineered hetero-structures (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Kato, K.Onomitsu, S.Warisawa, S.Ishihara, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 2008 International Conference on Mo-lecular Beam Epitaxy
  • 発表場所: Van-couver, Canada
  • 年月日: 2008-08-07
• [学会発表] On-chipmicro-mechanical parametric resonatorbased on the piezo-electricity inGaAs/AlGaAs modulation-doped hete-ro-structures (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaguchi, I.Mahboob.
  • 学会等名: 66^<th>-Device-Research-Conference
  • 発表場所: SantaBarbara, CA, US
  • 年月日: 2008-06-23
• [学会発表] 3Dalignment with 10-nm order accuracy in electron-beam lithography on rotatedsample for 3D nanofabrication (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Yamazaki, H.Yamaguchi.
  • 学会等名: 52ndInternational Conference on Electron, Ion, and Photon Beam Technology and Nanofabrication
  • 発表場所: Portland, US
  • 年月日: 2008-05-28
• [備考] ホームページ
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/新聞報道他
• [備考] 子供の科学、100兆分の1メートルの振動をキャッチする板バネ、2008.11
• [備考] 日刊工業新聞、微細振動検出に成功、2008.9.1
• [備考] 日経新聞、100兆分の1メートルの振動検出、2008.9.1
• [備考] 日経産業新聞、100兆分の1メートルの振動検出、2008.9.1
• [備考] 日刊工業新聞、板バネの振動で演算、2011.2.16
• [備考] 通信興業新聞、ナノマシーンコンピュータへ一歩、2011.2.21
• [備考] 科学新聞、微妙な板バネの振動利用、2011.2.25