室温で量子輸送可能なカーボンナノチューブトランジスタの作製に成功 NIMSら国際研究グループ

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国立研究開発法人物質・材料研究機構(NIMS)を中心とする国際共同研究チームは2021年12月24日、透過型電子顕微鏡(TEM)内での精密なナノマニピュレーション技術を開発し、その技術を使ったカーボンナノチューブ (CNT)トランジスタの作製に成功したと発表した。作製したナノチューブトランジスタは、チャネル長がわずかに2.8nm(ナノメートル)で、室温での量子輸送が可能なことが実証された。

研究に参加したのは、NIMSや国立研究開発法人産業技術総合研究所(AIST)、東京大学大学院のほか、ロシア、中国、オーストラリアの研究機関に属する研究者。研究グループはTEMを使い、その場で観測しながらCNTを加熱して、機械的なひずみを与え、局所的にらせん構造を変化させることで、CNTの電子物性の制御に世界で初めて成功した。この技術を使って、CNTの金属伝導から半導体伝導への転移をコントロールし、金属CNTのソースとドレインの間に半導体CNTナノチャネルを共有結合させたナノチューブトランジスタを作製した。

半導体CNTは、エネルギー効率が高いナノトランジスタ用素材として期待されているが、立体構造や電子特性を決定する個々のCNTのらせん構造を制御する技術が確立されておらず、製造に向けた大きな課題となっていた。

今後、研究グループは今回の成果に基づき、単一分子、単一原子レベルの電子、量子機能デバイスの設計と製造を目指す。今回の研究成果は2021年12月24日、米国学術誌Science誌にオンライン掲載された。

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