[慶應スピントロニクス 研究連携先 勝本研究室 , 東京大学] 物性研究所

東京大学 物性研究所 勝本研究室ではデバイス中で個の電子の移動を制御する「単電子効果」と電子が確率の波として振舞い干渉し合う「量子干渉効果」を中核にして、電子スピンとの絡み合いを通してスピントロニクスの研究を進めています。
量子効果の研究では量子ドットと呼ばれる構造を使い、電子同士が反発するクーロン力を利用し個単位で増減させる事で電子スピンの制御を試みています。この技術によって開発されたデバイスがミクロンより遥かに小さな単電子トランジスタです。

Q「これくらい小さくなりますと一個の電子のクーロン力でも非常に強くなってですね次の電子をブロックしてしまう事が出来る。である時はブロックして、ある時は流すと、いう事を使う事によってちょうどこの中にいる電子の数を一個づつ制御する事が出来ます。電子の数個から億個くらいまで制御する事ができます。
でそれを使って中でスピントロニクスをやろうって訳です。」

個単位でスピンを操作出来る単電子トランジスタの開発が進めば、CPUような演算素子の構成をする上で大きな役割を果たす事になります。
また量子干渉効果の研究では量子が持つ波動特性を利用し、干渉の強弱を調べる事で電気伝導に転写する実験もおこなっています。
これらの実験成果を活かしたスピントロニクスデバイスが完成すれば、微量の電力で動く究極の省電力となるため原理的には乾電池本でコンピューターが年以上の使用できるようになります。

Q「色んなものをどんどん小さくしていくと今のデバイスは駄目になるという事が言われていまして、もちろんその発熱の件もあるんですけども、それから色んな量子ゆらぎと呼ばれているものですね。そういうものが出てきてデバイスが駄目になってしまうと言われてるんですけども、こういう現象は逆に強くなってきますので量子ゆらぎが酷くなるのに対してこういうデバイスはドンドンドンドン使えるようになって来る訳です。
ですから今みたいに物凄い勢いで集積度が進んでると思うんですけども、あれがもっともっと集積度が進むと今の原理で動いているデバイスが全部駄目になるのに対してこういうデバイスは全部使えるようになるんですね。
そういう意味では今ある壁にぶち当たりつつあるんだけれど、壁を抜けた世界のデバイスの研究をしてるという風に思っています。」

このような研究の他にも、分子線エピタキシー装置、リソグラフィ装置、真空蒸着装置等を研究室内に持ち、希薄磁性半導体をはじめとする試料の設計から測定に至るまで一貫した研究開発を進め更なる協力なスピントロニクス回路の構成を目指しています。
新しい未来のデバイスとしての可能性を秘めたスピントロニクス。
長年研究に携わってきた勝本教授は、スピントロニクスの研究の面白さをこう語ります。

Q「裏切られる事も多々あるというか回実験して回裏切られるんですね。回当たると非常に気持ちがいい。これは非常に面白い事ですね。
一方回裏切られて残念かっていうとですね、残念な事はないんですね。どう裏切られるか、違う事が出てくる訳です。全然自分の設計と違う事が出てくる。それはなぜかって考えていくと非常に面白いんですね。これはある意味神様が我々の浅知恵を笑ってですね、本当はこうだっていう風に教えてくれてる訳ですね。これを調べる、本当に面白いです。」