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ネットジャーナル12

解説

解説1:量子ドット

一般的には数ナノメートル程度という極めて小さなサイズで、電子の持つ量子力学的な性質が強く現れる人工的な材料。非常に少ない数の電子を用いて電気信号や光信号を作り出したり、逆に受け取ることができる。量子ドットを用いることで、電子や光のミクロな世界での振る舞いを調べることができる。エレクトロニクス分野では、今までにない新しい機能を持つデバイス材料として、あるいは消費電力の大幅な削減効果が期待されており、半導体量子ドットを活用したレーザーの研究は実用化の段階にまで進んできている。

(図2)量子ドットのモデル
(図2)量子ドットのモデル

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解説2:実験装置

分子線エピタキシー装置(左写真)
宇宙空間に近い真空を作り出し、極めて不純物の少ない条件で半導体や金属磁性体などのエレクトロニクス材料を合成することができる比較的大型の実験装置。

光学特性の測定システム(右写真)
量子ドットの光学特性(発光や光吸収)に含まれている様々な電子の情報(電子の状態やエネルギー、スピン状態)を総合的に評価する独自の測定システム。電子の状態は刻一刻と変化するため、フェムト秒~ピコ秒領域の時間特性をリアルタイムで測定することができる。ちなみに1ピコ秒の間に光は0.3mmしか進むことができない。

実験装置
(写真1)実験装置

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解説3:バイオテクノロジーを利用して作製する量子ドット

球殻状タンパク質分子をバイオテクノロジーにより大量に複製し、内部空洞に金属イオンを吸着させる。このタンパク質の外側には、お互いには反発し基板表面にはしっかりと吸着する分子鎖を持たせている。この分子鎖の性質によりタンパク質は、最も高密度になるように一層だけ吸着する。タンパク質を除去すると、内部の金属ナノ粒子をテンプレートとして活用できる。この上から薄膜を除去する処理を行うと、金属ナノ粒子で隠された薄膜部分が残り円盤状量子ドットの二次元配列が作製できる。タンパク質の大きさは分子構造で「自然に」決まっているため大きな可能性を持っている。(JST-CREST「プロセスインテグレーションによる機能発現ナノシステムの創製」寒川チーム)

図3バイオテクノロジーを利用して作製する量子ドット
(図3)バイオテクノロジーを利用して作製する量子ドット

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