• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 年度 実績報告書

CMOS技術と融合した分子スピン量子ビットの開発

研究課題

研究課題/領域番号 22H01532
配分区分補助金
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

早川 竜馬  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (90469768)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
キーワード分子量子ビット / 2重トンネル接合 / 縦型シリコントランジスタ / 磁気抵抗効果 / CMOS技術
研究実績の概要

本年度においては、昨年度観測したTEMPO-OPEラジカル分子を用いた2重トンネル接合での巨大磁気抵抗効果の起源を明らかにするため、リファレンス試料としてラジカル基を持たないOPE分子(母体分子)の磁気抵抗効果を評価した。その結果、OPE分子では磁場を7 Tまで印加しても磁気抵抗効果は観測されず、TEMPO-OPEラジカル分子の磁気抵抗効果の起源はTEMPOラジカル基によるものだと結論付けた。この結果は、ラジカル基により母体分子を流れるトンネル電流を制御できることを示している。また、TEMPO-OPE分子を内包した2重トンネル接合素子において磁場中での微分コンダクタンス測定を行った。微分コンダクタンス曲線に観測されるピークの電圧位置が磁場に比例して増加するゼーマン分裂に起因すると推測される結果を得た。分子量子ビットの実現へ向けた大きな一歩である。
今後は上記磁気抵抗効果をさらに助長するためTEMPOラジカル基からニトロニトリルラジカル(NN)基を結合した新規ラジカル分子(NN-PT)についても検討していく。TEMPO-OPE分子ではラジカル基と母体分子がπ共役系では無いのに対し、NN-PTではπ共役系となるため、磁気抵抗効果の増加が見込める。さらに有機ラジカル分子だけでなく、金属錯体分子である鉄フタロシアニンを用いて同様の評価を進め、磁性分子のゼーマン効果による磁気抵抗効果および微分コンダクタンスピークの分裂現象(またはエネルギーシフト)を観測することを目指す。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

シリコン2重トンネル接合素子の中に有機ラジカル分子を壊すことなく内包し、ラジカル基によるトンネル電流制御に成功した。また磁場中での微分コンダクタンス測定からピーク電圧位置が磁場に比例して増加するゼーマン分裂に起因すると推測される結果を得た。分子量子ビットの実現へ向けた大きな一歩である。今後は、金属錯体分子を用いて同様の評価を行うと伴に、縦型トランジスタ構造へ拡張していく。

今後の研究の推進方策

TEMPO-OPE分子で観測したシリコン2重トンネル接合素子での磁気抵抗効果をさらに助長するためTEMPOラジカル基からニトロニトリルラジカル(NN)基を結合したラジカル分子(NN-PT)について検討する。TEMPO-OPE分子ではラジカル基と母体分子がπ共役系では無いのに対し、NN-PTではπ共役系となるため、磁気抵抗効果の増加が見込める。さらに有機ラジカル分子だけでなく、金属錯体分子である鉄フタロシアニンを用いて同様の評価を進め、磁性分子のゼーマン効果による磁気抵抗効果および微分コンダクタンスピークの分裂現象(またはエネルギーシフト)を観測することを目指す。さらに所属機関の電子ビームリソグラフィー装置を利用し2端子素子から3端子素子(縦型トンネルトランジスタ構造)へ拡張していく。C60 分子を用いた素子ですでに作製手法を確立しているため、本提案素子でも実現できると考えている。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] University of Konstanz(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Konstanz
  • [雑誌論文] Vertical molecular transistors: a new strategy towards practical quantum devices2023

    • 著者名/発表者名
      Hayakawa Ryoma、Wakayama Yutaka
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 34 ページ: 502002~502002

    • DOI

      10.1088/1361-6528/acfb0b

    • 査読あり
  • [学会発表] Carrier transport properties of vertical tunnel devices with purely organic radicals2023

    • 著者名/発表者名
      Bera Jayanta, Yutaka Wakayama, Yannick Wolf, Thomas Huhn, Ryoma Hayakawa
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] CMOS-compatible vertical tunnel transistor with organic molecules as quantum dots2023

    • 著者名/発表者名
      Ryoma Hayakawa, Yutaka Wakayama
    • 学会等名
      KJF-ICOMEP 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Room-Temperature Operation of Vertical Tunnel Transistors with Organic Molecules as Quantum Dots2023

    • 著者名/発表者名
      Ryoma Hayakawa, Yutaka Wakayama
    • 学会等名
      ECME 2023
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi