| 研究実績の概要 |
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索する。
今年度は, 前年度においてプロセス開発および作製を行った架橋型グラフェンナノ構造素子の電子輸送特性とその解析を行い, 単一電子輸送特性の発現とディラック電子系の形成の検証を行った。また, より信頼性の高いグラフェン量子ドット構造として, 2次元原子膜転写法を用いたトンネルバリア層と量子ドットとして機能する微細構造グラフェンを重ね合わせた新しい量子ドット構造の作製を実施した。本素子構造では, 重ね合わせの転写を複数回行うことにより, 結合量子ドット素子などの複合集積化素子を実現できるという利点がある。今年度は単一量子ドット素子構造の作製を行い, 高い位置合わせ精度で微細構造グラフェンにトンネルバリア層と電極を作製することに成功した。電子輸送特性からは, トンネルバリア層の膜厚により, 絶縁的な状態からトンネル結合状態を調節できることを確認したが, 比較的低いトンネル抵抗を観測することができず, トンネルバリア層に用いる材料の選定, 膜質の制御を行う必要があることがわかった。
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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
架橋型グラフェンナノ構造素子の安定した動作実証はなされていないが, この研究過程において新しいデバイス構造を着想し, 早急にプロセス開発を実行した。その結果, 新しい量子ドット構造として, 2次元原子膜転写法を用いた単一量子ドット素子構造の作製を成功した。当初予定していた素子構造とは異なるが, 新しい素子を用いた研究でおおむね順調に進展していると考える。
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