| 研究概要 |
本研究では, 2次元ナノカーボン電子系である単一原子層グラファイト（グラフェン）を量子ナノデバイス構築材料として利用するデバイスプロセス技術を開発し, グラフェン特有のバンド構造に起因した特異な単一電子輸送現象とそのダイナミクスを探求する。そして, シート状に拡がったグラフェンの構造を利用して単電子エレクトロニクス, さらには量子情報処理システムのための量子ドットデバイスの集積化と単一電子の電荷・スピン量子状態のコヒーレントな制御を実現することを目的とする。シリコン集積回路の微細化の限界が具体的に見え始めた今, それと相補的な新しいエレクトロニクス創成のために, 量子ナノデバイス材料として新規カーボン材料であるグラフェンの有用性を示し, デバイス作製の基礎技術の開発と動作実証をすることによって, “グラフェン量子エレクトロニクス”への分野の基礎を開拓することを目指す。前年度において, 我々が開発した新構造量子ドット素子の極低温・強磁場環境下での精密量子輸送測定結果および理論的解析から, 金属電極/グラフェン界面において形成されるポテンシャルと試料に対して一様垂直に印加される磁場によってグラフェン中の電子（ディラック電子）が閉軌道を形成し, 量子閉じ込め状態が発現することを見出した。今年度は素子の性能向上を目指してプロセスの改良を行った。グラフェンは基板との相互作用と幾何学的な構造の揺らぎによって電子輸送が律速されると考えられ, グラフェンを金属電極で押さえて基板から浮かした架橋構造では, 基板からの散乱が完全に抑制され, グラフェンのキャリア移動度等の品質が理論的な限界値近くまで劇的に上昇することがわかっている。実際, 架橋構造型の量子ドット素子を設計し, 酸処理等による基板(SiO2)エッチングのプロセスを導入して, 架橋したグラフェンナノ構造を作製することに成功した。
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