ダイヤモンドを用いた低炭素社会を担う量子情報基盤への適応を目指して

[慶應スピントロニクス 研究連携先 - ダイヤモンド研究ラボ , 産業技術総合研究所]

産業技術総合研究所 ダイヤモンド研究ラボでは、これまで広く使われている半導体材料であるシリコンなどに比べ極めて優れた性質を持つダイヤモンドの研究をしており、最近では大きな同位体効果­が期待されるダイヤモンドを合成する事により、同位体半導体だけに現れる要素を見出すための基礎研究も行われています。

Q「ダイヤの面白いのは一つの特製がいいとかじゃなくて沢山いい特性があるんで、予期せぬ事が出て来る。
だから熱伝導がいいから、全然予測しなかった寿命が長くなるとかですね、いくら電力を入れても死なないとか、そういう事がアディショナルに出て来るというか、そういうとこ­ろがこの材料の面白いところじゃないですかね。」

ダイヤモンド研究ラボでは同じ炭素原子でも質量の違う同位体１２炭素と１３炭素を使いマイクロ波プラズマCVDを用いた気相合成により生成される薄膜構造で、これまでの常­識を破るダイヤモンド単独材料によるホモ結合の合成に初めて成功しました。
これにより、熱伝導率の大きさ・絶縁破壊電界・電子移動度・バンドギャップなどで物質中において最高性能を示すダイヤモンド単独材料による超格子構造が可能となり、超高速­デバイスや量子機能デバイス開発の道が拓かれる事となったのです。

Q「実際１２炭素と１３炭素で作られたダイヤモンドのバンドギャップ差が僅かですけども異なってますので、その差を利用して電子を閉じ込める事が出来るかどうかっていう確­認をおこなったんですけども、その時に方法としては色々あるんですけどもここでは外部から強制的に電子ビームを照射して、強制的に結晶の中に電子とホールを沢山生成してあ­げて、でその生成した電子とホールがどのような過程を、おこないながら再結合していくのかを観測していると。
でその観測によって、実際この作り込まれたダイヤモンドの電子状態の評価をしているという事ですね。」

ダイヤモンドは閉じ込めによる電子制御の他にもシリコンの29Siと同様に外部からの磁場に応答する事が出来るスピンの性質を持つ同位体13炭素を構成材料としているため­、量子コンピューターや量子暗号等の構成要素となる量子効果デバイスへの応用にも大きな期待が持たれています。
鹿田ラボ長はダイヤモンドによる同位体半導体が地球の環境問題にも効果があると語ります。

Q「最大は低炭素社会に対して炭素材料で対応しようって事で、まあ今言ったデバイスですと低損失ですから当然エネルギー節約になりますよね。それから機能デバイスが出来れ­ば量子コンピューターだとか、また新たなデバイスが出来上がりますので。
まあ我々のキャッチフレーズは、低炭素社会を炭素材料で実現しようという事ですね。」

大きな物性を持ち、まだまだ未知なる能力が秘められているダイヤモンドによる同位体半導体。
きたるべき未来の低炭素社会の礎となる量子効果デバイスの実現を目指し、ダイヤモンド研究ラボではこれからも更なる研究開発を進めていきます。

Category:

Science & Technology

Tags:

• 産業技術総合研究所
• ダイヤモンド研究ラボ
• 鹿田真一
• 渡邊幸志
• ダイヤモンド
• 超格子構造
• マイクロ波プラズマCVD
• 同位体半導体
• スピントロニクス