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2012 Fiscal Year Research-status Report

化合物半導体1次元ブラウンラチェットによる超低エネルギー電子輸送の検討

Research Project

Project/Area Number 23651143
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

葛西 誠也  北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (30312383)

Keywordsブラウンラチェット / 1次元 / 化合物半導体 / 低エネルギー / 電子輸送
Research Abstract

無秩序に振る舞う電子集団からコヒーレントな電子の流れを引き出す電子ブラウンラチェットは、生体機能に倣った有用な素子であり、将来のエレクトロニクスの低消費電力化において極めて重要な役割を果たすことが期待されている。本研究の目的は、雑音やゆらぎを活用した超低エネルギー電子輸送を目指し、化合物半導体ナノワイヤチャネルに非対称ゲートを周期的に設けた電子ブラウンラチェット素子を実現し、コヒーレント電子輸送の実験実証、その評価検討を通して室温動作の指針を得ることである。平成24年度の実績は次の通りである。
(1)20組の多重非対称ゲートを有するGaAsナノワイヤ素子を試作した。これを用いブラウンラチェット動作の一つであるフラッシングラチェット動作を室温にて成功した。半導体フラッシングラチェットの室温動作は世界初の成果である。生成された直流電流はフラッシング周波数に依存しており、明らかに非線形整流作用ではない。ポテンシャル周期や電子密度より理論的に生成電流を導いて実験的評価ととの比較検討を行い、実験的に得られた結果がフラッシングラチェット機構に基づくものであることを示した。
(2)次いで、上記素子を用いてランダムパルス列を用いたフラッシングを行い、室温にてコヒーレント電流の生成に成功した。ランダム信号を用いたフラッシング電流の実験的観測も世界初である。フラッシング動作においては信号の周期性が生成電流の大きさに反映されることを実験的に指摘した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

試作した多重非対称ゲートGaAsナノワイヤ素子をもちいてブラウンラチェット動作の一つであるフラッシングラチェット動作に室温にて成功した。半導体素子による室温におけるブラウンラチェット動作は世界初である。生成直流電流のフラッシング周波数依存性などの実験的評価と理論との比較により、得られた結果がフラッシングラチェット動作が実現していることを示した。また、ランダムパルスフラッシングによるコヒーレント電流生成も実現した。

Strategy for Future Research Activity

試作した多重非対称ゲートGaAsナノワイヤ素子をもちい、非対称ポテンシャルをON/OFFするフラッシング信号の波形や周期性と生成コーヒレント電流の相関を明らかにする。また、生成電流の増大を目指し、素子構造の最適化を進める。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

経費節減により生じた未使用額については次年度の実験部品の購入に充てる。
主に電気的評価に必要な電子部品の購入、成果発表のための参加費・旅費に充てる。

  • Research Products

    (18 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (13 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Fabrication and Characterization of GaAs-based Nanowire Devices Having with Multiple Asymmetric Gates for Electrical Brownian Ratcheting2013

    • Author(s)
      T. Tanaka
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 52 Pages: accepted

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication and Characterization of Asymmetric-Gate GaAs Nanowire Transistors for Electrical Brownian Ratchet2012

    • Author(s)
      T. Tanaka
    • Journal Title

      Proceedings of 2012 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices

      Volume: - Pages: 330-333

  • [Journal Article] Characterization of Low-Frequency Noise in Etched GaAs Nanowire Field-Effect Transistors Having SiNx Gate Insulator2012

    • Author(s)
      T. Muramatsu
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 06FE18.1-5

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.06FE18

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] SiN/AlGaAs/GaAs ナノワイヤFETのしきい値制御2013

    • Author(s)
      黒田亮太
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(厚木)
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] ゆらぎとエネルギー散逸を利用する非平衡電子デバイス2013

    • Author(s)
      葛西誠也
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(厚木)
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] 最適非線形素子による低SN比信号検出の実験実証2013

    • Author(s)
      葛西誠也
    • Organizer
      2013年電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      岐阜大学(岐阜)
    • Year and Date
      20130319-20130322
  • [Presentation] 単一分子集積ネットワークによる情報処理機能実装と信頼性向上2013

    • Author(s)
      葛西誠也
    • Organizer
      連携融合セミナー「分子ナノテクノロジーから分子アーキテクトロニクスへ」
    • Place of Presentation
      大阪大学(豊中)
    • Year and Date
      20130122-20130123
  • [Presentation] 電子的ブラウンラチェットに向けた複数非対称ゲートナノワイヤ素子の作製と評価2013

    • Author(s)
      阿部遊子
    • Organizer
      第48回応用物理学会北海道支部・第9回日本光学会北海道地区合同学術講演会
    • Place of Presentation
      釧路市生涯学習センター(釧路)
    • Year and Date
      20130111-20130112
  • [Presentation] Design and Formation of Multiple Asymmetric Potential in a GaAs-based Nanowire for Electron Brownian Ratchet2012

    • Author(s)
      S. Kasai
    • Organizer
      2012 Workshop on Innovative Devices and Systems (WINDS)
    • Place of Presentation
      Hapuna Beach Prince Hotel (Hawaii, USA)
    • Year and Date
      20121202-20121207
  • [Presentation] Fabrication and Characterization of A GaAs Nanowire Device Having Multiple Asymmetric Gates for Electrical Brownian Ratchet2012

    • Author(s)
      T. Tanaka
    • Organizer
      25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2012)
    • Place of Presentation
      神戸メリケンパークオリエンタルホテル(神戸)
    • Year and Date
      20121030-20121102
  • [Presentation] GaAsナノワイヤFET集積しきい値論理回路の試作と評価2012

    • Author(s)
      黒田亮太
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山大学・愛媛大学(松山)
    • Year and Date
      20120911-20120914
  • [Presentation] 確率共鳴を利用した生体信号検出ナノデバイスの検討2012

    • Author(s)
      今井裕理
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山大学・愛媛大学(松山)
    • Year and Date
      20120911-20120914
  • [Presentation] Nonlinear Behaviors in III-V Semiconductor Nanowires and Their Application to Information Detection and Processing2012

    • Author(s)
      S. Kasai
    • Organizer
      The First International Workshop on Information Physics and Computing in Nano-scale Photonics and Materials (IPCN)
    • Place of Presentation
      University of Orleans (Orleans, France)
    • Year and Date
      20120907-20120907
    • Invited
  • [Presentation] GaAs系エッチングナノワイヤCCDにおける同期電荷転送と効率に関する検討2012

    • Author(s)
      中野雄紀
    • Organizer
      電子情報通信学会電子デバイス研究会
    • Place of Presentation
      福井大学(福井)
    • Year and Date
      20120726-20120727
  • [Presentation] 確率共鳴を応用した経路長変調ネットワーク系の有色雑音環境での考察2012

    • Author(s)
      田所幸浩
    • Organizer
      電子情報通信学会非線形問題研究会
    • Place of Presentation
      鹿児島県産業会館 (鹿児島)
    • Year and Date
      20120705-20120706
  • [Presentation] Fabrication and Characterization of Asymmetric-Gate GaAs Nanowire Transistors for Electrical Brownian Ratchet2012

    • Author(s)
      T. Tanaka
    • Organizer
      2012 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices (AWAD2012)
    • Place of Presentation
      沖縄県青年会館(沖縄)
    • Year and Date
      20120627-20120629
  • [Book] Introduction to Noise-Resilient Computing2013

    • Author(s)
      S. N. Yanushkevich
    • Total Pages
      152
    • Publisher
      Morgan & Claypool publishers
  • [Remarks] 量子集積エレクトロニクス研究センター 集積電子デバイス学研究室

    • URL

      http://www.rciqe.hokudai.ac.jp/ied/index.html

URL: 

Published: 2014-07-24  

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