注目物質「グラフェン」における電子の分配を世界で初観測 -電子の波動性を利用した電子干渉デバイスの実現へ-

小野 輝男教授ら

 

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小野 輝男教授、小林研介准教授(現 大阪大学教授)、森山貴広助教、
松尾貞茂さん(現 東京大学助教)(写真左より)

この研究成果は、2015年9月4日に「Nature Communications」のオンライン版に発表されました。 
小野輝男教授・森山貴広助教 (材料機能化学研究系 ナノスピントロニクス研究領域)
小林研介大阪大学理学研究科教授 (元 同研究領域 准教授)
松尾貞茂東京大学工学系研究科助教 (元 同研究領域 大学院生)
塚越一仁物質・材料研究機構国際ナノアーキテクトニクス研究拠点主任研究者 (元 同研究領域 准教授)
 
 小野輝男教授らの共同研究グループは、金属と半導体の両方の性質を持つグラフェン中に形成したpn接合での量子ホール状態における電流ゆらぎを精密に研究し、pn接合によって電子が接合の左右に分配される様子(電子分配過程:図1を参照)を、電流ゆらぎとして初めて観測することに成功しました。また、pn接合がない際には、異なる量子ホ ール状態の接合があった場合でも電子が分配されないことも同時に明らかになりました。 
 この結果は、ギャップのないグラフェンでは実現困難な量子ポイントコンタクトに代わる電子分配機構としてpn接合が利用可能であることを示しており、グラフェンを用いた電子干渉デバイス等の実現につながることが期待されます。
 
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 図1 ショット雑音の測定結果。pn接合のある場合(赤いデータ)は電子分配過程があるため
ショット雑音が生じるが、pn接合のない場合(紫のデータ)ではショット雑音が生じない。
 
 
本研究は、化学研究所共同利用・共同研究拠点研究の補助を受けています。