| 研究概要 |
単一原子層のグラファイトであるグラフェンは, 特徴的な炭素原子の2次元ハニカム構造から, 電気伝導で重要なフェルミエネルギー近傍で線形なバンド分散を持つ。そして電子の有効質量が0となる特異な2次元電子系（ディラック電子系）を形成する。我々は, このグラフェン上に微細な量子ドット構造を作製し, 単一電子制御された素子の開発を進めている。本研究では, グラフェン上で作製した単一ディラック電子制御素子を用いて相対論的粒子の量子回路システムを開発し, その物理現象の解明と新機能性発現の可能性を探究する。
研究所年度である本年は, 既存の極低温単一電子輸送システムに, 単一ディラック電子制御素子と電磁波を結合する高周波回路を実装, および液体ヘリウムの消費量を抑え, 長時間連続測定ができる極低温システムの整備を行った。同時に無冷媒で簡易に測定できる低温測定装置を立ち上げ, 測定系の評価として量子ドットの電子輸送評価を行い, 低ノイズ下での単一電子トンネリング現象の観測を確認した。また, グラフェンにおける磁場を用いた量子閉じ込め現象に関して, 実験データおよび理論的な解析を進めた。一方, 作製したグラフェンナノ構造素子は単一量子ドット構造を作製しても多重量子ドット的な電子輸送が観測されるなど, 特性のばらつきが大きいという問題点があった。そこで信頼性の高い単一ディラック電子制御素子の作製に向けたプロセス技術の改良・開発を進めた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り, 本年度は測定システムの整備, デバイスプロセスの開発, 磁場中での量子閉じ込め現象の物性解明を行うことができ, おおむね順調に研究は進展している。デバイス開発では, 架橋型グラフェンナノ構造素子の作製は確立したが, 素子動作を行う際に必要となる電流アニールにおいて安定した動作実証がなされていない。しかし, この研究過程において複合素子も視野にいれた新しいデバイス構造の着想を得た。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度に得られた, 単一ディラック電子の閉じ込めに関する知見を基に, デバイス構造の最適化を進める。単一素子としては, 質の高いグラフェンシートを形成できる基板から独立した架橋構造が適しているが, この構造では結合量子ドット素子などの複合素子を作製することは難しい。そこで, 複合素子にも対応できる, より信頼性の高いグラフェン量子ドット構造を提案し, 作製を実施する。
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