機能物質科学の研究概要
高柳英明
機能物質科学研究部我々は、原子や分子の配列や結合を制御して、天然には存在しない新しい物質を創り出そうとしています。そして、この新物質を用いた新しい概念の創出や新機能の発現を目指しています。この目的のため、本研究部は以下の4つのグループが、それぞれ異なった観点から研究を進めています。各グループは、無機物質から有機物質に至る広範囲な物質群をカバーするだけではなく、独自の微細加工技術や精密測定技術を通じて互いに有機的に連携されています。
今年度の代表的な成果を、次ページ以降に4つ掲載しています。最初のトピックは、大脳皮質における代表的な神経伝達物質であるグルタミン酸のリアルタイム計測に関するものです。独自のアレイ型の電気化学センサを作製することによって、大脳皮質における神経伝達のリアルタイム多点計測が可能となりました。この研究は、脳における複雑な情報処理機構を解明するための有効な手段と考えられます。
- 分子生体機能研究グループ
- 単分子レベルでの操作技術を利用して今までにない有機・生体分子を創出すると共に、神経機能を土台とした新しい情報処理機構を開拓する。
- 超伝導体薄膜研究グループ
- MBE成長技術を利用して、新しい高温超伝導体材料を合成する。
- 超伝導量子物理研究グループ
- 量子コンピュータの基礎である量子ビット動作の実現、および、量子ドット列を用いた新機能の発現を目指す。
- 極微細構造素材研究グループ
- フォトニック結晶作製技術を用いて、光回路、部品の超小型・新機能化・大規模集積化を実現する。
分子線エピタキシー法（MBE法）を用いて、電子をキャリアとする高温超伝導体の高品質単結晶薄膜の合成に成功しました。大多数の高温超伝導体はホールをキャリアとしており、電子をキャリアに持つ物質は2例しか発見されていません。今回合成した物質の転移温度は約40Kですが、MBE法の特徴である低温合成を生かせば、より高い転移温度を持った電子ドープ型超伝導体を作製できる可能性があります。
３番目のトピックは量子ドット超格子を用いた強磁性発現の理論提案です。0.1μm程度の幅を持ったInAs量子細線ネットワークは、平坦バンド構造を持ちます。このバンドの電子濃度を増減することによって、強磁性のスイッチオン・オフが可能となります。
最後のトピックは２次元フォトニック結晶における単一モード光伝播に関するものです。屈折率の異なる媒質が周期配列した構造を持ったフォトニック結晶は、次世代の光デバイスへの応用が期待されています。今回、SOI(Silicon on Insulator)基板上に線欠陥構造を持った２次元フォトニック結晶を提案・作製し、線欠陥構造が単一モード導波路となることを実証しました。
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