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ネットジャーナル39

ナノスケールの電磁気物性を「その場」で観察
次代のデバイス開発を目指したメカニズムの解明

写真:博士(理学) 有田 正志 准教授

情報科学研究科 情報エレクトロニクス専攻 
先端エレクトロニクス講座  ナノ物性工学研究室・准教授
博士(理学) 有田 正志

プロフィール

1980年、広島大学理学部物性学科卒。1985年、大阪大学基礎工学研究科中退(留学のため)。1987年、スイス連邦チューリッヒ工科大学数物科学研究科数学物理で博士号取得。1987年、日本チバガイギー(株)国際科学研究所グループリーダー。1990年、名古屋大学教養部講師、1993年、名古屋大学工学部講師。2000年、北海道大学大学院工学研究科助教授。2004年度より同大学院情報科学研究科准教授。日本顕微鏡学会、日本金属学会、応用物理学会、日本磁気学会所属。

 

原子サイズの電磁気物性をリアルタイムでとらえる「TEMその場観察」

――ナノ物性工学研究室ではどのような研究をしているのですか。

有田 原子サイズの極微細構造体の電磁気物性とその応用です。電子顕微鏡を使ってサブナノスケールの構造体を観察し、電気抵抗の変化や電気伝導特性などについて調べています。さらに、それらの原理を応用し、新しいデバイスの開発につなげることを目標としています。

身近な例をあげますと、携帯電話やパソコンには常に通電しておかなくてはならない揮発性のメモリが内蔵されていますが、このメモリが消費する電力をいかに少なくするかということが大きな課題となっています。そのために研究開発されているのがReRAM(抵抗変化メモリ)(解説1)と呼ばれるものです。国内外で盛んに開発が進められ、すでに一部の家電製品などで実用化されていますが、じつはどういう原理で動いているのか詳しく解明されているわけではありません。なぜ抵抗が変わるのか、いつ変わるのかといったことがよく分かっていないのです。

本研究室では、ReRAMのテストデバイスを製作し、酸素イオンや銅などの金属イオンが移動する様子を観察することで、電気抵抗が変化するプロセスを解明しようとしています。
そのために用いられているのが透過電子顕微鏡(TEM)による「その場観察」という手法です。

本研究室が行っているTEMその場観察は、TEMに特殊なホルダーをセットし、ナノ領域の伝導計測を行うものです。ナノスケールの先端を持つTEMホルダー(TEM-STMホルダー)を製作し、数個〜数十個程度の原子に電圧をかけながら、試料の変形や破壊の様子を観察します。TEM-STMホルダーを用いると、画像を見ながらナノメートル領域の観察がその場で行えるため、さまざまな伝導計測に活用できます。

ホルダー・試料の製作や装置の調整などは非常にデリケートで、学生や研究者の手作業に頼る部分が大きく、装置の扱いに長けた人材を育成することも私たちの重要な役割のひとつです。

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