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量子情報技術を担う新材料「グラフェン」のスピンを操る

— 次世代の高速・省エネルギー情報システムの実現に道筋 —

国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (QST)
国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS)
国立大学法人筑波大学

QST、NIMSと筑波大学の研究グループは、グラフェン内部の電子のスピンの向きを、磁性酸化物を用いて制御できることを発見しました。

概要

国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (理事長平野俊夫) 量子ビーム科学研究部門の境誠司上席研究員、国立研究開発法人物質・材料研究機構 (理事長橋本和仁) 先端材料解析研究拠点の山内泰NIMS特別研究員、国立大学法人筑波大学 (学長永田恭介) 数理物質系の山田洋一講師らは、グラフェン内部の電子のスピンの向きを、磁性酸化物を用いて制御できることを発見しました。これは、電子デバイスの飛躍的な高速・省エネ化を可能にするスピントロニクスなどの量子情報技術にグラフェンを応用する際に鍵となる技術で、今日のエレクトロニクスが抱える性能限界や電力消費の問題の解決に繋がります。

グラフェンは、炭素原子1個分の厚さのシート状の物質で、スピンの向きを情報として長距離に伝えることができる「導線」として、スピントロニクスへの応用が注目されています。従来のエレクトロニクスでは、電子のある/なしを情報の処理に用いますが、スピントロニクスでは、さらに電子のスピンの上向き/下向きをデジタル情報として扱うことで、飛躍的に高速で省エネルギーな電子デバイスを実現することができます。グラフェンは、優れたスピンの導線としてスピントロニクスデバイスの高機能化への貢献が期待されています。しかし、同応用の実現に必須な、グラフェン内部の電子のスピンの向きを制御するスピン注入の技術の開発が難航していました。本研究では、同課題の解決策として、磁性酸化物とグラフェンの接合によるスピン注入技術を開発しました。最先端の量子ビーム技術であるスピン偏極ヘリウム原子ビーム技術を用いることでグラフェン内部の電子のスピンを高感度に検出することに成功し、グラフェン内部のスピンが磁性酸化物のスピンと同じ向きに揃うことを発見しました。本発見は、次世代高速・省エネルギー情報システムのための高機能スピントロニクスデバイスの実現に道筋をつけるもので、それにより、今後、充電の必要がない携帯端末や体内に埋めこんで使えるヘルスケアセンサーなど生活を豊かにする情報通信機器の実現が期待できます。
 
本成果は、米国化学会ACS Nano誌のオンライン版に2016年7月21日に掲載されました。

「プレスリリースの図2 :  スピンを用いた演算素子のイメージグラフェンをスピン輸送材料に用いた素子の例です。同素子では、右図のようにスピン注入用の電極とグラフェンの接合を用いてグラフェン内部を流れる電子のスピンの向きを制御します。」の画像

プレスリリースの図2 :  スピンを用いた演算素子のイメージ
グラフェンをスピン輸送材料に用いた素子の例です。同素子では、右図のようにスピン注入用の電極とグラフェンの接合を用いてグラフェン内部を流れる電子のスピンの向きを制御します。




本件に関するお問い合わせ先

(研究内容について)
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学研究部門高崎量子応用研究所 プロジェクト陽電子ナノ物性研究(東海駐在) 境 誠司
TEL : 070-3943-3442
FAX : 027-346-9688
(報道・広報に関すること)
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 経営企画部 広報課長 広田耕一
TEL : 043-206-3062
FAX : 043-206-4062
国立研究開発法人 物質・材料研究機構
経営企画部門 広報室
〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1
TEL : 029-859-2026
FAX : 029-859-2017
E-Mail: pressrelease=ml.nims.go.jp
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