NTT物性科学基礎研究所

研究内容

ナノテクノロジ

 

ナノメートルの大きさ(ナノは10億分の1)の構造体を作製する微細加工技術。NTT物性科学基礎研究所では、最先端の電子ビーム露光装置の導入や長期にわたって培ってきたノウハウにもとづくナノテクノロジを武器に、NEMS/MEMS、フォトニック結晶、量子物理実験素子を代表とするさまざまな構造を作製し、最先端の研究へ直結させています。

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単電子デバイス

 

電子1個を操ることが可能なデバイスです。現在利用されているLSIと比べて超低消費電力であることが特徴です。情報処理端末の低消費電力化は、エネルギー・環境問題の側面からの社会的ニーズも大きいことから、NTT物性基礎研では、携帯端末を含む情報処理・通信装置の高機能化・低消費電力化の実現を目指して、単電子デバイスの研究に取り組んでいます。あわせて高感度センサ、標準デバイスへの応用など極限的機能デバイスへの応用を考えています。

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フォトニック結晶

 

屈折率が波長と同程度の周期で変化する構造を持った物質です。半導体結晶中で電子の波の性質によりバンドギャップが形成されるのと同様、フォトニック結晶中では光の伝播が禁止されるフォトニックバンドギャップが形成されます。最先端の微細加工技術により、自在なフォトニック結晶を作製し、光を操るさまざまな手法を実証しています。

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量子ビット

 

2つの量子力学的状態を重ね合わせてできるひとつの状態を指し、量子情報の最小単位です。現在のコンピュータで用いられているビットは、0か1かの2状態を表すのに対し、量子ビットは重ね合わせ方を変化させることにより、1ビットでも無限の状態を表すことができます。NTT物性科学基礎研究所では、超伝導体、半導体、中性原子、励起子など、多様な量子ビットを研究対象としています。

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プローブ顕微鏡

 

カンチレバーと呼ばれる微小な針を走査して、その尖端と測定対象物の表面との間に生じる力を検出し、2次元マッピングする顕微鏡です。検出する力は原子間力や摩擦力など種類を選ばず、またトンネル電流や電場、磁場などの量でも可能です。原子~分子レベルの高い分解能を有することが最大の特徴です。測定環境も、真空、大気中、液中、など応用範囲は広範にわたります。

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量子情報通信

 

情報処理に量子力学を活用した、新しい分野の研究です。たとえば量子コンピュータや量子暗号は、いずれも量子情報通信分野の研究といえます。これらの研究を推進する上で基礎となるのは、ナノ構造の作製技術であり、高感度の計測技術です。NTT物性科学基礎研究所では、これらの要素技術を極めながら、未来の情報通信に必須の量子情報通信の研究に邁進しています。

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アトムチップ

 

固体表面の近傍に中性原子を捕捉することのできる素子を指します。通常は、固体表面に作製した回路を流れる電流が発生する磁場によって原子を捕捉します。NTT物性科学基礎研究所では、超伝導回路を用いた永久電流によるアトムチップを実現し、雑音に強く長時間の捕捉を実現しています。

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もつれ光子

 

量子力学的に相関関係をもった2つ(さらに多数の場合あり)の光子を指します。「もつれ」は、entanglement の訳語です。1つの光子の状態を測定すると、(空間的には離れている)もう1つの光子の状態も自動的に決定されてしまうという特徴があります。もつれ光子を発生させるためのデバイスや、もつれ光子を利用した量子情報通信の研究を行っています。

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ダイヤモンド半導体

 

ダイヤモンドは宝石として有名ですが、電子材料としても優位性を持ちます。それらは、大幅な高速化(シリコン半導体に比べ数十倍~数百倍)の可能性、極めて優れた耐熱性にもとづく過酷な環境下での安定動作などです。高品質ダイヤモンド薄膜の成長から電子デバイス作製までを一貫して行っています。

関連グループ

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カーボンナノチューブ

 

グラフェンシートを丸めて筒状にした形状の物質がカーボンナノチューブです。単層のものをシングルウォールナノチューブ (SWNT)、複層のものをマルチウォールナノチューブ (MWNT) と呼びます。筒状にするときの巻き方によって、電気伝導性は金属的ないし半導体的に変化します。デバイス応用のためには均質のカーボンナノチューブを得る必要があり、その手法の確立を目指して研究を進めています。

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ナノバイオ

 

ナノテクノロジとバイオテクノロジ(バイオロジー)とを融合させて、両分野の境界領域を研究対象とする、新しい研究分野です。バイオナノと呼ばれることもあります。NTT物性科学基礎研究所では、生体分子機能と電子デバイスとを融合したナノバイオデバイスの実現を目標に掲げ、将来の通信分野への投入をめざしています。

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NEMS/MEMS

 

Nanometer (Micrometer) Electric Mechanical System の略称です。実際にものが動くという要素を含んだ機械的な素子と電子デバイスとが組み合わさった、微小なシステムを指します。NTT物性科学基礎研究所では、独自の結晶作製技術を基にしたNEMSの作製と、これを利用した新研究領域の開拓をめざしています。

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スピン

 

素粒子を区別する際の性質の1つで、量子力学的な素粒子がもつ角運動量の一種です。単にスピンというと、電子のもつスピンを指します。これは主に物質の磁性発現に関連しています。また、原子核を構成する陽子や中性子にも核スピンと呼ばれるスピンがあり、こちらは医療診断でのMRIなどに応用されています。

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量子力学

 

電子、原子核などのミクロな物質の現象を説明する理論です。たとえば電子の粒子性と波動性、不確定性原理、確立解釈、を含みます。NTT物性科学基礎研究所では、量子力学の実験的な検証等の学術的な貢献を含めて、量子力学に支配される現象を次世代技術に発展させることを、中心的な課題として取り組んでいます。

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スピントロニクス

 

電子は、電荷の担体として利用する電子デバイスが現在の主流となっています。このほかに、電子にはスピンをもつという特徴があります。このスピンを利用したエレクトロニクスは、スピントロニクスと呼ばれています。NTT物性科学基礎研究所では、スピンを制御したり検出したりする技術を開発し、スピンを利用した新たな動作原理に基づくデバイスの開発をめざしています。

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量子コンピュータ

 

従来型の0/1の2値を基本とした計算と異なり、量子力学的な重ねあわせを基本とした新しい計算方法です。特徴として、古典計算機では決して実現し得ない超並列処理が可能になることが挙げられます。NTT物性科学基礎研究所では、多様な量子ビットを対象に、これらを複数組み合わせた系を確立して、将来の量子コンピュータの実現に貢献します。

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量子暗号

 

量子力学の原理に基づいた暗号システムです。「量子的な状態は観測によって必ず乱されてしまう」という量子力学の原理を利用しています。量子コンピュータが実現すると現在の暗号は容易に解読されてしまいますが、量子暗号は破られません。いくつかの方式が提案されていますが、NTT物性科学基礎研究所では「差動位相シフト鍵配送」に注目した研究を展開しています

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励起子

 

半導体中で励起により生成された電子と正孔がクーロン力で結合した状態を励起子と呼びます。微小な半導体量子ドット中で生成された励起子は、原子と同様とびとびのエネルギー準位を持ちます。NTT物性科学基礎研究では、位相のそろった光励起により励起子を形成して、励起子を量子ビットの候補のひとつとして研究対象としています。

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ワイドギャップ半導体

 

バンドギャップの大きい半導体を指す言葉です。NTT物性科学基礎研究所で主なターゲットとしている材料は、窒化物半導体、炭化ケイ素、ダイヤモンドです。これらの材料の成長といった基礎的研究を経て、将来的には極短波長発光ダイオードや低損失のパワーデバイスの開発へつなげていきます。

関連グループ

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グラフェン 

  

炭素でできた材料で、ベンゼン環を2次元平面に敷きつめたシート状の構造を持っています。ダイヤモンド、カーボンナノチューブとは、同じ元素から構成される同素体の関係にあります。グラフェンの特徴としては金属よりも高いキャリア移動度(~20万 cm2/Vs)が挙げられ、ポストシリコンの有望な新素材として注目されています。

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自己組織化

 

外部から特別な操作を与えなくとも、自発的に規則を持った構造を形成する過程をさします。分子が集合して巨大な秩序構造を形成する、結晶表面の特定の位置に結晶成長を起こす等、さまざまな分野で自己組織化が発現します。ほかに、学習したときなどに脳内などで起こる神経回路の構築といった現象も、自己組織化と呼ばれます。

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