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究極のナノスケール量子デバイスの創製に向けて

[慶應スピントロニクス 研究連携先 - 北海道大学 電子科学研究所] 北海道大学 電子科学研究所 量子機能素子研究分野では、Beyond CMOSスイッチングデバイスの創製を目指し、ナノスケールのコンタクトを有する量子十字デバイスを提案しています。量子十字デバイスとは、金属薄膜のエッジとエッジが互いに直交した新規な構造のデバイスです。この構造では、膜厚によって接合面積が決まるため、例えば、膜厚1～20ナノメートルの金属薄膜を用いれば、原理的には1×1～20×20平方ナノメートルの超微小接合が作成できます。 石橋先生 Q."実はトップダウンデバイスつまり人間がデザインしてつくった構造の中に、そういう転移ネットワークというボトムアップ構造が自然発生的に出来ていると。しかもそこですごいのは、その始まりと終わりがコントロールできるということを発見しまして、でそれをレーザーとしては劣化というのは悪いんですけれども、逆転の発想で見方を変えるとトップダウン構造とボトムアップ構造がオールソリッドステードつまり固体系でインテグレートしていると、接続しているということがわかりましたので、それをベースにしてトップダウン系とボトムダウン系を上手く接続、あるいは融合しようと研究室の一番高い目標に掲げているところです。" 量子十字デバイスでは、金属薄膜エッジ間に有機分子膜を挟むと、間に挟まれた有機分子の数は数百個、究極的には数十個程度になります。 このとき、金属薄膜間に有機分子膜を挟めば、少数分子あるいは単一分子系のキャラクタリゼーションが可能になります。またこれにより、次世代超高密度メモリやBeyond CMOSスイッチングデバイスへの応用も可能となります。 近藤先生 Q."このスピントロニクスという分野は、今世界中で盛んに研究されている場所で理論的にも面白いことが沢山分かってきていて、それの定式化が盛んに行われている最中で、とてもエキサイティングなフィールドなんですね。　その中で自分が貢献したいと思ってやっている訳で。今現在はこの研究室でやっている量子十字デバイスっていうデバイスの理論を使って、あらゆる特性を計算してみて実験との比較を行ったりしています。 で、将来的には今現在トポロジカル・インシュレーターという変わった、エキゾティックな物質が発見されていますので、それを使った場合のデバイスの特性をシュミレートして、どういうことが得られるのかとかを計算してみたいと思っています。" さらに最近では、金属薄膜に強磁性体を用いた新たなスピンデバイスも提案しています。量子十字デバイスでは、ナノスケールの接合が可能なため、そのスピン版ではナノスケールでのスピン注入も可能になります。これにより、究極的にはスピンを一つ一つ注入することも夢ではありません。応用上は巨大磁気抵抗効果デバイスの創製も期待できるのです。 量子機能素子研究分野では、このような新機能を有する量子十字デバイスの実現に向け、実験および理論の両面から研究を進めています。 海住先生 Q."基本的には誰もやっていないことですね。具体的にいうと、我々の研究だと分子とナノとスピンの間の真ん中の部分を突き詰めて行くと。これは誰もやっていないので、やはり2番ではなくて1番を目指すというので、一旦そこを発見すると、また発見したいと思うんですね。それを一回感じてしまうと、また発見したいということがありますので、またそれに向かって突き進んで。で、これ多分人類の役に立つと思っているので、そういった研究をめざしております。"