[新しい物理現象] 新しい物理現象や動作原理に基づくナノデバイス・システムの創製

戦略目標

「情報処理・通信における集積・機能限界の克服実現のためのナノデバイス・材料・システムの創製」(PDF:27KB)

研究総括

梶村　皓二（(財)機械振興協会　副会長/同協会技術研究所　所長）

概要

　この研究領域は、量子系の新しい物理現象や動作原理、および、それを用いて新しいデバイス・システム等を実現するための研究を対象とするものです。
　具体的には、ナノスケールにおいてはじめて現われる電子系やスピン系の物理的特性を応用して演算、記憶等のアクティブな情報処理機能をもつ新しいデバイスの実現、ナノスケールの局所的特性を対象として電気、機械、光等の物理的手法や動作原理を用いてセンシング、操作、制御等を行うデバイスや新たな情報処理システムの創製を目指す研究等が含まれます。また、既存技術の限界を打破する新しい技術領域の創出に発展する新しい物理現象の発現のためのナノデバイスに係わる構造研究、現在まだ対象とするものの性質の研究にとどまっている現象をデバイスに結びつける研究等も含まれます。

平成15年度採択分

強相関界面エンジニアリングによるスピントンネル機能の巨大化

研究代表者(所属)

赤穗　博司　(（独）産業技術総合研究所強相関電子技術研究センター　副研究センター長)

概要

強相関電子系では、スピン－軌道－電荷が強く相互作用した量子相が形成されています。この量子相の外場制御により、劇的に応答が変化する新しいデバイス機能が期待されます。本研究では、強相関遷移金属酸化物の特異な電子物性のうちスピン完全偏極強磁性に焦点をあて、酸化物スピントロニクス素子の構築に必要不可欠な界面観察技術・制御技術（界面エンジニアリング）を確立し、スピントンネル機能の巨大化を実現するとともに、スピントンネル注入デバイスの実現に向けた機能開拓を目指します。

平成14年度採択分

光電場のナノ空間構造による新機能デバイスの創製

研究代表者(所属)

石原　一　(大阪府立大学大学院工学研究科　助教授)

概要

ナノ物質系において、従来無視されることが常識であった固体内部の「光電場のナノ空間構造」が主役となる特異な光学過程の存在が明らかになってきました。本研究ではこの原理を積極的に利用した非従来型光デバイス開発の可能性を追求し、これまでにない高い非線形性を有する超高速光ゲートや量子位相ゲートの動作実証を目指します。これらの成果は、ミクロな光の空間構造を自由度とする新しい光学エンジニアリングの可能性を拓くと期待されます。

固液界面反応のアトムプロセスの解明とその応用

研究代表者(所属)

板谷　謹悟　(東北大学大学院工学研究科　教授)

概要

「新しい物理現象や動作原理に基づくナノデバイス・システムの創製」には、もはや化学の知識が無くては進めることはできません。本研究では、電気化学的な知識を用い、固液界面における原子や分子系の自発的な自己組織化に基づくナノ構造体の形成及び高次組織化法の確立を目指します。本研究の結果を基に、新しいナノLSIプロセスや有機エレクトロニクス素子（分子エレクトロニクス素子）の開発が急速に進められ、新たなデバイス工学の実体ある発展を促すと期待されます。

超伝導磁束量子ビットによる量子もつれの実現

研究代表者(所属)

高柳　英明　(東京理科大学理学部応用物理学科　教授)

概要

本研究では、高い集積性と、長いコヒーレンス時間という優れた特性を備えた、超伝導磁束量子干渉計（SQUID）を用いて、まず１量子ビットの高速動作の実現とSQUID間の古典的な相互作用の解明、そしてコヒーレンスを阻害する要因の理論的解明を行います。この後、2つのSQUIDの量子もつれ状態の実現を介して、基本的量子ゲートの実現に取り組みます。量子計算の基本である量子もつれ状態の解明・実現は、量子コンピュータ実現のための避けては通れない第一歩であり、初歩的な量子コンピュータ実現へとつながることが期待されます。

カーボンナノチューブ単一電子・スピン計測システムの確立

研究代表者(所属)

松本　和彦　(大阪大学産業科学研究所　教授)

概要

本研究は、カーボンナノチューブに欠陥を導入するという独自のアイデアにより、カーボンナノチューブの電気的特性を制御し、実効的に1～2nmのデバイスサイズを実現することにより完全室温動作の単一電子トランジスタを作製し、これを用いて個別の電荷や、個別のスピンを室温で個別に認識、測定するナノデバイス・システムを確立します。このシステムは極微細半導体素子の欠陥や不純物分布の評価、DNAなどのバイオ高分子の電荷分布、スピン分布の計測、診断が可能になり、今後の半導体産業界、医療業界等に新たな革新的技術を提供することができると期待されます。

平成13年度採択分

スピン量子ドットメモリ創製のための要素技術開発

研究代表者(所属)

猪俣　浩一郎　((独)物質・材料研究機構　フェロー)

概要

本研究は、新しい概念に基づく超大容量のスピンメモリの創製を目指しています。基本コンセプトは室温でクーロンブロッケードが発現する磁性量子ドットを開発し、そのトンネル磁気抵抗を電圧で制御することです。ナノ構造、大きな信号電圧を可能とする材料および2次元ドットアレー作製技術の開発を行います。本研究の成果として、テラビット級の不揮発性メモリの創製およびスピントロニクスの新しい展開が期待されます。

ナノクラスターの配列・配向制御による新しいデバイスと量子状態の創出

研究代表者(所属)

岩佐　義宏　(東北大学金属材料研究所　教授)

概要

フラーレンをはじめとする1-10nmスケールのナノクラスターは、単体としても固体としても独特の機能性を発揮する新規な素材です。本研究では、ナノクラスターの単体および固体の電子状態・物性を、デバイス構造を用いて制御します。ナノクラスター薄膜単結晶を形成し、これを用いて新しい単分子操作・認識の原理を提案実証し、デバイス技術による新しい物質科学を切り開きます。

高密度励起子状態を利用したダイヤモンド紫外線ナノデバイスの開発

研究代表者(所属)

大串　秀世　(（独）産業技術総合研究所ナノテクノロジー研究部門　招聘研究員)

概要

当グループは、シリコン半導体並みの高品質なダイヤモンド薄膜の合成に成功し、その膜で自由励起子による強い紫外線発光(235nm)の非線形光学効果を発見しました。この現象をナノスペースで発現するようにして、ダイヤモンドでの高密度励起子状態の把握と、それから導かれる新しいコンセプト（ボーズ凝縮）による紫外線発光・センサーのナノデバイスの実現を計ります。これにより、ダイヤモンドによる携帯可能な紫外線レーザや小型超高感度紫外線センサーの開発とこれを応用した新情報技術や環境疫学の発展が期待されます。

非線形ナノフォトニクス

研究代表者(所属)

河田　聡　(大阪大学大学院工学研究科　教授)

概要

ナノ物質・ナノ構造の計測・操作・加工をフォトンを用いて行えば、他のナノプローブ・テクノロジーでは得られない興味深い効果と新たな特徴が期待できます。本研究では、近接場光学技術と非線形分光技術とを融合させた「非線形ナノフォトニクス」の基礎技術の開発と応用を目指します。特に、フェムト秒レーザー技術とプラズモン電場増強ナノプローブ作製制御技術を取り込んだナノスペクトロスコピーとナノデバイス開発に取り組みます。

光量子位相制御・演算技術

研究代表者(所属)

小森　和弘　(（独）産業技術総合研究所光技術研究部門　グループリーダー)

概要

本研究は、光励起直後のコヒーレントな電子状態を位相ロック光パルス列で制御する量子位相制御法を用いた新しいナノデバイスの創製に関するものです。量子ナノ構造中の励起子とフェムト秒レーザ技術の双方を用いることによって基本量子論理素子とコヒーレント制御素子の実現を目指します。これらにより、固体量子計算素子への展開、従来よりも3桁以上高速の超高速光制御素子への展開が期待されます。

量子相関光子ビームナノ加工

研究代表者(所属)

三澤　弘明 (北海道大学電子科学研究所教授)

概要

新しい光物理現象である「量子相関を有するもつれ合い光子」の特異な振る舞いを利用して、高いスループットを達成しつつ、光の回折限界をはるかに超えるナノメートルスケールの加工分解能を実現する多光子ナノ加工技術の開発を目指します。このナノ加工技術により、可視・紫外3次元フォトニック結晶等の高機能フォトニックデバイスの作製が可能となり、単一光子・光子スイッチをはじめとする量子通信・量子情報処理技術の開発が期待されます。