トポロジカルな原理による量子バレー流観測に成功―― 量子エレクトロニクスへの展開に期待 NIMSと群馬大

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グラフェンと六方晶窒化ホウ素で作製した原子層超格子デバイス

物質・材料研究機構(NIMS)は2018年5月19日、群馬大学と共同でトポロジカルな原理による量子バレー流の観測に成功したと発表した。

各種エレクトロニクスの担い手である電子は、電荷やスピンなど量子力学的な内部自由度を持っている。さらに個体結晶中の電子は、バレーという内部自由度を持っていることが知られていた。しかしバレー自由度を制御することは難しいために、積極的にデバイスに利用することに関してはあまり注目されてこなかった。

今回の研究では、炭素原子が蜂の巣状に並んだ黒鉛の単原子層であるグラフェンと、同じく蜂の巣構造を持つ六方晶窒化ホウ素を貼り合わせた高品質の「グラフェン超格子デバイス」を作製してバレー流の検出を試みた。その結果、巨大なシグナルとしてバレー流を電気的に検出することに成功した。

今後は、量子バレー流の基礎科学研究をベースに、将来のデバイス応用を目指して、バレー自由度を外部から制御する量子光学的干渉素子やトポロジカルな超伝導量子情報素子などの開発を進めていくという。

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