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すと共に、この新物質を用いた新しい量子現象の発見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、半導体などの無機物質から神経伝達物質などの有機物質にいたる広範囲な物質群をカバーするだけでなく、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。これによって、互いの研究領域や手段が融合し、情報流通社会における技術革新が可能となります。

分子生体機能研究グループ
単分子レベルの操作技術を利用した今までにない有機・生体分子デバイスの創出、および、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、新しい高温超伝導材料を合成すると共に、超伝導体薄膜を利用したマイクロ波デバイスを作製する。

超伝導量子物理研究グループ
超伝導を用いた量子コンピュータの実現、および、量子ドット列を用いた新機能の発現を目指す。

スピントロニクス研究グループ
半導体中のスピンを電気的に制御する方法を確立し、これを用いた新しいデバイスを実現する。
　今年度の代表的な成果を、次ページ以降に４つ掲載します。最初のトピックは、神経活動に対するマグネシウムイオンの影響に関するものです。ラット海馬におけるグルタミン酸の空間分布を独自の微小電極アレイで測定し、マグネシウムイオンを取り除くと神経細胞の電気活動が著しく増加することを明らかにしました。この結果は海馬における神経活動そのものがマグネシウムイオンによって制御されていることを示しています。
　分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いて、金属系超伝導体の中では最も高い超伝導転移温度を持つMgB2超伝導体の薄膜合成に成功しました。この薄膜はas-grownでバルクに近い超伝導転移温度を持ち、従来不可欠であった高温焼成プロセスが不要となったため、良質なジョセフソン接合や多層膜の作製に有効と考えられます。
　３番目のトピックは超伝導を用いた量子コンピュータの実現に向けた研究です。今回、独自の超伝導体のリングを考案・作製し、磁束量子型の量子ビット状態の読み出しに成功しました。超伝導リングを流れる右回りおよび左回りの超伝導電流をもつ状態をきちんと分けて観測することが出来ました。
　最後のトピックは、半導体中のスピンを１００％の効率で選別できる、非磁性半導体のみで実現可能な半導体スピン・フィルタの理論提案です。三重障壁構造における共鳴トンネル準位をエミッタ・コレクタ間電圧で制御することにより、異なったスピン状態の電子を取り出すことが可能となります。

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