研究内容

研究概要

本研究グループでは、情報通信技術のイノベーション創出を目的に、革新的な先端デバイスの開発に向けた技術基盤の確立を目指して研究開発を進めています。 具体的には、強相関電子材料の特長である電気的、磁気的、光学的な特性が劇的に変化する電子相転移を、電場、磁場、光などの外場で制御する技術、ダイヤモンドNVセンターを利用した量子センシング技術などを開発しています。

    高品位単結晶作製と新機能材料開発

    従来のフローティング・ゾーン(FZ)結晶製造技術では、広範囲加熱や不均一加熱が原因となり、結晶育成の不安定性と結晶性の劣化が問題となっていました。 これらの問題点を解決するために、良好な集光性を特長とした高効率レーザー・ダイオード(LD)を加熱源とする方法を考案・設計し、実証する研究を行っています。 このLDFZ結晶製造技術は結晶育成の安定性向上、結晶の高品質化などの特長があり、この技術により、従来は製造が困難であった室温マルチフェロイックBiFeO3大型結晶の育成に成功しました。この高品位単結晶作製技術を基盤として、巨大応答を示すペ強相関酸化物、次世代パワーデバイス材料と期待されているβ-Ga2O3などの新機能材料を開発しています。

    酸化物新原理デバイスの研究開発

    強相関酸化物の多彩な電子相や磁気的、電気的、光学的な性質の劇的な変化をともなう電子相転移を活用した新しい機能性デバイスの開発が模索されていますが、新しい材料を用いたデバイス開発では、界面の理解と制御が必要不可欠です。 われわれは、原子レベルで平坦な界面を持つ強相関ヘテロ接合や超格子を作製し、電気的性質や光学応答などの測定を通して界面物性を系統的に理解するとともに、プロトタイプによる強相関デバイス機能の実証を目指しています。 例えば、金属‐絶縁体転移(モット転移)を利用したトランジスタ、強誘電体の分極反転を利用した新規抵抗変化不揮発性メモリ(ReRAM)などの研究開発を行っています。 また、これらの素子を用いてニューロモルフィック素子の研究開発も行っています。

    ダイヤモンド量子センシング技術の研究開発

    われわれは、高品質なダイヤモンド単結晶からなる、センサ-試料間距離5 nm、磁気検出感度4 nT の超高感度ダイヤモンド量子磁気センサを開発しました。2013年には、この量子磁気センサを用いて、世界最高レベルの感度の、室温で6000個のプロトンNMR信号の検出に成功しました。 このダイヤモンド量子磁気センサをコア技術とし、従来技術の延長線上では実現できない感度と分解能を持つ、新原理に基づくポータブルなNMR装置の開発を目指しています。