51探花

【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科电子工学専攻　准教授　加藤俊顕

【発表のポイント】

• 2次元シート材料のグラフェン^注１）をナノスケール化したグラフェンナノリボン^注２）を用いた量子ドット^注３）デバイスを集积化合成する技术を开発
• 同デバイスにおいて、20碍（-253℃）まで安定な励起準位^注４）の観测に成功

【概要】

原子オーダーの薄さを持つグラフェンは优れた电気?机械?光学的特性を持つことから多くの次世代デバイスへの活用が期待されています。特に、2次元シートのグラフェンがナノスケール（0次元）化することで量子ドットと呼ばれる状态になり、次世代量子コンピュータ^注５）を始め多くの応用展开が期待されています。しかし、现在のシリコンデバイスのようにグラフェン量子ドットを基板上に大规模集积化^注６）する技术は确立されておらず、量子デバイス応用に向けて重要な课题とされていました。

東北大学大学院工学研究科電子工学専攻の加藤俊顕准教授らのグループは、同大学材料科学高等研究所、電気通信研究所、量子科学拠点（TQA：51探花 Quantum Alliance）の大塚朋廣准教授のグループと共同で、グラフェンの1次元材料であるグラフェンナノリボンを活用した新しいグラフェン量子ドットデバイスを開発しました。本手法で同一基板内に複数のデバイスを形成した結果、量子ドット特性の基本であるクーロンダイヤモンド^注７）を半数以上の56%のデバイスで観測することに成功し、将来の大規模集積化の可能性を実証しました。さらに、量子コンピュータ応用等に向けても重要となる励起準位（ダイヤモンドの淵に現れる平行線）が、20 K（-273℃）まで安定に存在可能であることを明らかにしました。本技術を活用することで、将来の量子コンピュータの高性能化や高温動作への貢献が期待できます。

本研究成果は、2022年12月22日（現地時間）にネイチャーパブリッシンググループの英国科学雑誌Communications Materials（電子版）に掲載されました。

【用语解説】

注1）グラフェン
六员环构造に炭素原子が连なった二次元シート材料。１原子厚みの究极の薄さを持つ原子层材料。极めて高い电気伝导特性を示す。バンドギャップを持たないため金属的振る舞いを示す。

注2）グラフェンナノリボン
２次元シートのグラフェンをナノメートル幅のリボン构造（疑似1次元化）にしたもの。金属的伝导を示すグラフェンに対し、特定の原子配列を持つグラフェンナノリボンの幅が狭くなることで、バンドギャップが発现し半导体化することが知られている。

注3）量子ドット
半导体材料が疑似的に0次元构造をとることで発现する量子构造。内部の量子状态を活用した量子ビットや発光素子として応用が期待されている。

注4）励起準位
量子ドットのクーロンダイヤモンド特性において、ダイヤモンド端の外侧に平行に现れるエネルギー準位の一种。スピン型の量子コンピュータでは、外部磁场等を印加した际に现れる基底状态のスピン分裂を活用して量子演算を行うため、基底準位と励起準位の间に十分なエネルギー差が存在することが必要となる。

注5）量子コンピュータ
量子状态の重ね合わせを利用した新しい原理で动作するコンピュータ。従来コンピュータに比べ圧倒的な演算速度を持つことが実証されている。

注6）大规模集积化
电子デバイスを同一基板上に高密度かつ大面积に配置する技术。现在のコンピュータや量子コンピュータはコンピュータ内部に搭载する単独の素子の数に比例してコンピュータ全体の性能が决定しているため、できるだけ高密度かつ大规模に単独素子を并べる同技术の开発が実用の観点で极めて重要である。

注7）クーロンダイヤモンド
量子ドットの両端にかける电圧と外部から印加するゲート电圧を扫引した际に、量子ドットを流れる电流の微分コンダクタンスがゼロとなる领域がダイヤモンド形状として现れる特性。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学大学院工学研究科　
准教授　加藤　俊顕（カトウ　トシアキ）
电话　022-795-7046　
贰-尘补颈濒　办补迟辞12*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

東北大学 材料科学高等研究所(WPI-AIMR)
东北大学　电気通信研究所
東北大学　量子科学拠点（TQA：51探花 Quantum Alliance）
准教授　大塚 朋廣（オオツカ　トモヒロ）
电话　022-217-5509
贰-尘补颈濒　迟辞尘辞丑颈谤辞.辞迟蝉耻办补*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

（报道担当）
东北大学大学院工学研究科　情報広報室　担当　沼澤 みどり
电话　022-795-5898
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