計算機ナノマテリアルデザインによる次世代デバイス材料の実現を

[慶應スピントロニクス 研究連携先 - 吉田研究室 , 大阪大学]

大阪大学大学院 基礎工学研究科 吉田研究室では新機能物質やデバイス材料のデザイン、新規物性の探索・解明をおこなっています。
現在産業が発展していく上で様々な材料が求められていますが、吉田研究室では量子力学を使い、実験が行なわれる前にその材料となる物性を予言しデザインする事で、より精度­の高いデバイス材料の設計に役立てているのです。

Q「今現在発見されてる材料というのはインジウムひ素とかガリウムひ素とかいう半導体の中にマンガンっていう金属を入れた、磁性金属を入れたものなんですけど、それの違う­組み合わせでより優れた特性を持っているものを見つけるというものをまず１つは考えております。」

現在使われている電子の電荷を利用した集積回路は微細化により発展を続けてきましたが、近い将来その限界が訪れる事をムーアの法則により明らかにされています。
その限界を超える次世代デバイスのための研究が電子の持つもう１つの特性であるスピンの自由度を使った半導体スピントロニクスの開発です。
しかし、現状では半導体スピントロニクスに必要な強磁性を持つ材料は非常に低温な環境でしか確認が出来ていません。
そこを吉田研究室では量子力学を用いた第一原理計算による計算機ナノマテリアル・デザインにより切り開こうと考えています。

Q「この方法のいいところはですねものが半導体であるとか金属であるとかそういうのに限らずですね、原子番号だけを入力してやるとその物質の性質をある程度の精度で予測で­きる、そういう意味で、あの、これですと作る物質がどうなるかっていうのを前もって知ってなくても完全に知らない状態から計算をはじめて予測出来ますから、こういう我々の­やりたいような物質探索みたいな事をやる時には非常に便利な道具なんですね。
そういうのを使って、特に私は半導体スピントロニクスのための材料設計というのをやってきました。」

来るべき未来の省エネルギー・高機能デバイスを担う半導体スピントロニクス。
吉田研究室では常温において動作する強磁性半導体材料を目指し、これからも更なる様々な素子を利用したマテリアル・デザインを進めていきます。

Q「最近ちょっと面白いかなと思うところはマンガンというのは均一にサンプルの中を分布しているのではなくてこういう風にムラができて分布しているというのが解って参りま­した。そういうシュミレーションも計算機の中で再現出来るんですけど、こういうのを使ってより良い特性を持った材料を作ろうと、まあ新しい試みとしてはやっております。」

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