各研究部の研究概要

機能物質科学研究部	山本秀樹
機能物質科学研究部（物質部）では、原子・分子レベルで物質の構造を制御することにより、新しい物質や機能を創造し、物質科学分野における学術貢献を行うとともに、情報通信技術に大きな変革を与えることを目指しています。　この目標に向かって、3つの研究グループが、広範囲な物質を対象として研究を進めています。その範囲は、GaAsやGaNをはじめとする化合物半導体から、グラフェンなどの二次元構造物質、酸化物高温超伝導体、さらには、神経細胞などの生体物質に至り、高品質薄膜成長技術や物質の構造と物性を精密に測定する技術をベースに最先端の研究を推進しています。　この１年では、窒化物半導体窒素極性や準安定相の薄膜の高品質化、これまで必須であった成長後の熱処理を必要としない超伝導薄膜を実現したほか、グラフェンへの歪の印加と制御に成功し歪エンジニアリングの道を拓きました。また、東レ株式会社と共同開発した機能素材“hitoe®”を活用し、医療・リハビリ、スポーツ、作業者安全管理や極限状態など、様々な場面での身心の生体信号計測の実証実験に成功しました。

機能物質科学研究部

山本秀樹

　機能物質科学研究部（物質部）では、原子・分子レベルで物質の構造を制御することにより、新しい物質や機能を創造し、物質科学分野における学術貢献を行うとともに、情報通信技術に大きな変革を与えることを目指しています。
　この目標に向かって、3つの研究グループが、広範囲な物質を対象として研究を進めています。その範囲は、GaAsやGaNをはじめとする化合物半導体から、グラフェンなどの二次元構造物質、酸化物高温超伝導体、さらには、神経細胞などの生体物質に至り、高品質薄膜成長技術や物質の構造と物性を精密に測定する技術をベースに最先端の研究を推進しています。
　この１年では、窒化物半導体窒素極性や準安定相の薄膜の高品質化、これまで必須であった成長後の熱処理を必要としない超伝導薄膜を実現したほか、グラフェンへの歪の印加と制御に成功し歪エンジニアリングの道を拓きました。また、東レ株式会社と共同開発した機能素材“hitoe®”を活用し、医療・リハビリ、スポーツ、作業者安全管理や極限状態など、様々な場面での身心の生体信号計測の実証実験に成功しました。

量子電子物性研究部	藤原　聡
量子電子物性研究部（物性部）では、半導体、超伝導体、あるいは異種材料ハイブリッド系の新規物性を開拓し、将来のICT社会に大きな変革をもたらす固体デバイスの創出を目指しています。高品質薄膜結晶の成長技術やナノメータースケールの微細加工技術などベースとなる「ものづくり」技術を軸として、単電子、メカニクス、量子、電子相関、スピンなどの新しい自由度に基づく物性の探索を行い、それらを利用した低消費電力デバイス、量子情報処理デバイス、高感度センサなどの革新・極限デバイスの開発に挑戦しています。　今年度は、半導体中の励起子遷移を用いたオプトメカニクスの実現、グラフェンp-n接合を用いた電子ビームスプリッタ動作に成功しました。また、MoS2/SiO2/Siヘテロ構造を用いたトンネルダイオードの動作、単電子フィードバック制御による電子数熱ゆらぎの抑制、半導体ヘテロ構造における半金属-トポロジカル絶縁体転移のゲート制御など新奇デバイスやその物性制御の実験を推進するとともに、量子ハイブリッド系を利用したダイヤモンド中電子スピンの長寿命化の理論検討などを進めました。

量子電子物性研究部

藤原　聡

　量子電子物性研究部（物性部）では、半導体、超伝導体、あるいは異種材料ハイブリッド系の新規物性を開拓し、将来のICT社会に大きな変革をもたらす固体デバイスの創出を目指しています。高品質薄膜結晶の成長技術やナノメータースケールの微細加工技術などベースとなる「ものづくり」技術を軸として、単電子、メカニクス、量子、電子相関、スピンなどの新しい自由度に基づく物性の探索を行い、それらを利用した低消費電力デバイス、量子情報処理デバイス、高感度センサなどの革新・極限デバイスの開発に挑戦しています。
　今年度は、半導体中の励起子遷移を用いたオプトメカニクスの実現、グラフェンp-n接合を用いた電子ビームスプリッタ動作に成功しました。また、MoS2/SiO2/Siヘテロ構造を用いたトンネルダイオードの動作、単電子フィードバック制御による電子数熱ゆらぎの抑制、半導体ヘテロ構造における半金属-トポロジカル絶縁体転移のゲート制御など新奇デバイスやその物性制御の実験を推進するとともに、量子ハイブリッド系を利用したダイヤモンド中電子スピンの長寿命化の理論検討などを進めました。

量子光物性研究部	後藤秀樹
量子光物性研究部（量光部）は光通信技術や光情報処理技術に大きなブレークスルーをもたらす革新的基盤技術の提案、ならびに、量子光学・光物性分野における学術的貢献を目指して研究を進めています。　量光部のグループでは、半導体量子ドットやナノワイヤなどのナノ構造における光物性研究、極微弱な光の量子状態制御と量子情報への応用、高強度極短パルス光による新物性探索、超音波やフォトニック結晶を応用した光物性制御などの研究がおこなわれています。　この1年で、量子情報通信に関する成果として、通信の担い手である単一光子の波長変換に関する新しい手法を構築しました。また、量子暗号の通信距離を2倍に延ばす新方式を提案し、誤り率の監視の必要のない、簡便な量子暗号システムの実験にも成功しました。この他に、スピントロニクス分野の成果として半導体中で電子スピンの長距離の移動を実現し、スピン演算素子の実現に向けて進展が見られました。

量子光物性研究部

後藤秀樹

　量子光物性研究部（量光部）は光通信技術や光情報処理技術に大きなブレークスルーをもたらす革新的基盤技術の提案、ならびに、量子光学・光物性分野における学術的貢献を目指して研究を進めています。
　量光部のグループでは、半導体量子ドットやナノワイヤなどのナノ構造における光物性研究、極微弱な光の量子状態制御と量子情報への応用、高強度極短パルス光による新物性探索、超音波やフォトニック結晶を応用した光物性制御などの研究がおこなわれています。
　この1年で、量子情報通信に関する成果として、通信の担い手である単一光子の波長変換に関する新しい手法を構築しました。また、量子暗号の通信距離を2倍に延ばす新方式を提案し、誤り率の監視の必要のない、簡便な量子暗号システムの実験にも成功しました。この他に、スピントロニクス分野の成果として半導体中で電子スピンの長距離の移動を実現し、スピン演算素子の実現に向けて進展が見られました。

ナノフォトニクスセンタ	納富雅也
ナノフォトニクスセンタ(NPC)は、ナノフォトニクス技術を駆使して、様々な機能をもつ光デバイスを大量・高密度に集積する大規模光集積技術の確立、および光情報処理の消費エネルギーの極限的な低減を目指す革新研究を行うために、2012年4月に設立され、現在、物性科学基礎研究所および先端集積デバイス研究所の中でナノフォトニクスに関わる研究チームにより構成されています。　本年は、ナノフォトニクス集積技術の成果として、フォトニック結晶共振器を用いて光メモリの消費電力を従来記録より一桁以上の削減に成功、半導体ナノワイヤとシリコンフォトニック結晶を組み合わせた構造でレーザ発振を達成、フォトニック結晶ナノ共振器による無閾値レーザ発振の実証に成功し、スポットサイズ変換器を有するシリコン基板上薄膜型分布帰還レーザの発振、といった成果があがりました。

ナノフォトニクスセンタ

納富雅也

　ナノフォトニクスセンタ(NPC)は、ナノフォトニクス技術を駆使して、様々な機能をもつ光デバイスを大量・高密度に集積する大規模光集積技術の確立、および光情報処理の消費エネルギーの極限的な低減を目指す革新研究を行うために、2012年4月に設立され、現在、物性科学基礎研究所および先端集積デバイス研究所の中でナノフォトニクスに関わる研究チームにより構成されています。
　本年は、ナノフォトニクス集積技術の成果として、フォトニック結晶共振器を用いて光メモリの消費電力を従来記録より一桁以上の削減に成功、半導体ナノワイヤとシリコンフォトニック結晶を組み合わせた構造でレーザ発振を達成、フォトニック結晶ナノ共振器による無閾値レーザ発振の実証に成功し、スポットサイズ変換器を有するシリコン基板上薄膜型分布帰還レーザの発振、といった成果があがりました。