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ネットジャーナル12

新しい光の科学技術を目指して
ナノとバイオが産み出す量子ドットの可能性

写真:博士(工学) 村山 明宏

情報科学研究科 情報エレクトロニクス専攻 集積システム講座 集積プロセス学研究室・教授
博士(工学) 村山 明宏

プロフィール

1985年東北大学大学院工学研究科応用物理学専攻修士課程修了。旭硝子株式会社研究開発部にてエレクトロニクスナノ材料の研究に従事。1995年東北大学大学院工学研究科応用物理学専攻博士課程(工学)修了。米国アリゾナ大学客員研究員、東北大学多元物質科学研究所准教授、経済産業省NEDOフォーカス21プログラムプロジェクトリーダーなどを経て、2008年から現職。2012年、北海道大学第1回研究総長賞を受賞。

電子の量子力学的な性質を光の科学技術に生かす量子ドットの研究

――村山先生の研究室ではどのような研究を行っているのですか。

村山 私たちが当たり前のように使っているコンピュータやモバイル機器、家電製品などを支えるエレクトロニクスでは、電子の有無やそのスピン状態により情報を処理し保存しています。また、電子による電気信号を光の強度に変換し、光通信を使って世界中に伝えています。すなわち、コンピュータで処理されインターネットで伝達される情報のリアルな「実体」とは、電子回路を流れる電子であり、また光ファイバを伝わる光です。

私たちの研究室では、従来の技術や材料では達成できないような新しいエレクトロニクス素子の動作原理の探求を最終目的として、新しい材料とその作製プロセスの研究を行っています。研究上の特長は、電子の持つ量子力学的な性質を活用していくことにあります。ミクロな世界で電子が示すトンネル効果や磁石としての性質を示す源であるスピン状態といった量子力学的な性質を、実際のエレクトロニクス素子や光を利用するエレクトロニクス技術(フォトニクス)に生かしていくために、主として材料サイドからの基礎的な研究を行っています。

その究極のモデルが「一つの電子に情報を書き込み光で伝える技術」(図1)です。エレクトロニクスでは電子を使って回路を動かしたり光を発生させると言いましたが、このような電子は、皆さんが物理や化学で習う原子構造の中に存在している電子より大きく拡がっています。そこで、原子や分子を並べてナノ構造(1ナノメートルは原子10個ほどの大きさです。)を作ることによってはじめて閉じ込めることができます。川の流れ(電流)からごく少量の水(電子)を汲み出すためには、とても小さな容器(ナノ構造)を用意する必要があるとでも言いましょうか。このようにしてナノ構造に閉じ込めた1個の電子が情報や光を発生するための単位になれば、桁違いに少ないエネルギー(消費電力)で多くの情報を扱うことができるようになります。

ひとつの電子に情報を書き込み光で伝える技術
(図1)一つの電子に情報を書き込み光で伝える技術

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