NTT物性科学基礎研究所は、電子の移動度が高いなどの特性から近年注目されているグラフェン^(※1)を利用することにより、電子の波であるプラズモン^(※2)の伝搬速度を二桁に渡り制御できることを世界で初めて実証しました。従来、プラズモンの研究では金属が用いられていましたが、本研究ではNTTが作製した大面積且つ高品位のグラフェンに着目し電子密度等を変化させることにより伝搬速度制御を可能としました。

本成果を用いることにより、光信号をプラズモンの形でナノメートルサイズに閉じ込め制御することが可能となります。将来的には、チップ内の電子回路をプラズモン回路に置き換える事でコンピュータやネットワーク機器の大幅な高速化・低消費電力化が出来ると期待されています。

本研究成果は、NTTと東京工業大学との共同研究により得られたもので、2013年1月15日 PM4:00(英国時間)に英国科学雑誌「Nature Communications」で公開されました。

Plasmon transport in graphene investigated by time-resolved electrical measurements
Nature Communications 15 January 2013

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⇒量子固体物性研究グループ

図1: 時間分解伝導測定
グラフェンは1mm角に加工されており、実験では、プラズモン入射用ゲート電極（injector）に電圧ステップを印可することによりプラズモンを励起し、検出用電極（detector）を通して検出します。検出された電流は、電磁波によるシャープなピークとそれより遅れて現れるプラズモンによるピークにより構成され、この時間差からプラズモンの伝搬時間を求めます。得られた伝搬時間と伝搬距離からプラズモン伝搬速度を決定します。

図2: グラフェンにおけるプラズモン伝搬速度
磁場、電子密度、試料構造を変えてプラズモンの伝搬速度を測定しました。その結果、プラズモンの速度は10⁴～10⁶ m/s範囲で2桁に渡って変調可能であることが分かりました。

※1　グラフェン
炭素原子が六角形格子構造上に並んだシート状の物質。原子配置に起因する特異な物性が現れると共に室温でも高移動度であることから、基礎研究・応用研究両面から盛んに研究されている。

※2　プラズモン
電子の密度の濃い部分・薄い部分が波のように伝搬する電子の集団運動。電流によるデータ伝送より損失が小さく、光(電磁波)の波長より小さい領域(～10 nm)に閉じ込めることができる特徴を持つ。