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金属が半導体に化ける可能性 超薄膜の白金がトランジスタ特性を発揮することを発見

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1: しじみ ★ 2018/08/08(水) 15:55:34.66 ID:CAP_USER

白石誠司 工学研究科教授、セルゲイ・ドゥシェンコ 同博士研究員(研究当時、現:米国標準化研究所及びメリーランド大学研究員)、外園将也 同修士課程学生らの研究グループは中村浩次 三重大学准教授と共同で、金属である白金を極めて薄い膜(超薄膜)にしたとき、シリコンなどの半導体で実現されるトランジスタ特性(材料の抵抗を外部電圧で制御する特性)が現れること、さらにそれに伴って白金がスピンを電流に変換する「スピン軌道相互作用」という機能を大幅に変調・制御ことができることを世界で初めて発見しました。

 固体物理学における常識を覆す発見であり、特にエレクトロニクスやスピントロニクス分野の新しい発展に繋がる成果です。

 本研究成果は、2018年8月7日に英国の国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。

■概要
 今日の情報社会の隆盛をもたらしたトランジスタは、半導体(現在は一般的にシリコンが用いられる)中のキャリア(電子または正孔)をゲート電圧で誘起することで、抵抗の大きさを制御し、情報のオンとオフを操作します。

 しかし、金属は一般的にキャリアの数が非常に多いために、ゲート電圧によってキャリアを誘起しても、抵抗を変えることは困難でした。

 本研究グループは、まず2ナノメートルという極めて薄い白金(Pt)の膜(超薄膜)を、磁性絶縁体であるイットリウム鉄ガーネット(YIG)の上に作製しました。そして、このPt超薄膜の上にイオン液体をのせて強いゲート電圧をかけたところ、上記のような半導体で実現されるトランジスタ特性が現れることを発見しました。

 さらに、基盤であるYIGからスピン流(*)をPt超薄膜に注入したところ、Ptがスピンを電流に変換する「スピン軌道相互作用」という機能を大幅に変調・制御することができることも見出しました。

 これは従来の「金属材料を使ってトランジスタを作ることはできない」という理解と「スピン軌道相互作用は材料固有である」という固体物理学における理解を共に覆す発見であり、特にエレクトロニクスやスピントロニクス分野の新しい発展に繋がる画期的成果です。

*スピン流・・・電子の2つの自由度である電荷自由度とスピン自由度のうち、後者のみの流れのこと。スピン自由度のみを制御できれば、実際には電流は流れないため、例えば情報伝搬において究極の省エネとなる。

■今回の研究で用いた素子の構造図と実験の概念図
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白金の極めて薄い膜(超薄膜:厚さ2ナノメートル)をイットリウム鉄ガーネット(YIG)基板の上に作成し、そこにイオン液体を用いたゲート電極を搭載し強い電圧をかけると、白金に電子が多数注入されるため、白金の電気抵抗が変化する。

■研究者からのコメント

Dushenko博士とのフランクな議論の中で、まるで天から降ってきたように湧いたアイディアを形にでき、大変幸せです。研究の本質とは「セレンディピティ」である、とはよく言われる言葉ですし、発想の転換の重要性を意味する「コロンブスの卵」も研究者には重要な言葉です。正にその「セレンディピティ」と「コロンブスの卵」の結晶が今回の結果です。これからも好奇心と奇抜でも確固たる発想を大事にして研究を続けていきたいと思っています。

京都大学
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/180807_1.html




72: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/09(木) 00:12:11.55 ID:nSOeYRet

>>1
これつまり
①現状3nmでおしまいの微細化プロセスのさらに細分化、高性能化ができる
②製造アプローチが変化するから、とっくにLSIから追い出された日本でも工場作れるかも

こういう事か?ならすごい発見だ


88: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/09(木) 09:12:18.26 ID:QHy2pY7o

薄膜だと高い電圧に耐えられないから高クロックで動かせないちゃうん?>>1


3: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 16:05:35.58 ID:w6H2fRmp

凄い発見だけど、白金は高価すぎるね、銅辺りで同じ効果が可能ならば
革命が起きる



4: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 16:14:00.86 ID:Sgkm/maM

>>3
でもシリコンのようなありふれたもので作れるのだから、経済的には金属は難しそうだね


37: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 19:38:50.40 ID:m3h8ATes

>>3
超薄膜なんだから使ってる量はすくないのよ


62: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 22:36:47.12 ID:f1WIC1rH

>>3
厚さ2ナノメートルって言ったら、メッキよりはるかに薄いんだから
素材の価格は問題にならないだろう


90: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/09(木) 09:40:58.51 ID:PubVXlPU

>>62
気相成長法だろうから成膜工程で間違いなくそれ以上のプラチナを蒸発させてる
ただしこの薄膜を作るプロセスを実現させるカネ(超高真空装置、薄膜成長過程のランニングコスト)に比べたら大した額じゃない



6: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 16:32:05.58 ID:viDI++co

サイコフレーム鋼材になりえそうですかね?


7: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 16:36:53.95 ID:YwDu3MhE

画期的な研究成果だけど、コミュニケーション力が絶望的に最悪

×金属が半導体に化ける
○金属でもトランジスタみたいなことが出来た!



86: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/09(木) 07:51:11.04 ID:lIYSooN/

>>7
「半導体」の意味がわからんのか?


9: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 16:45:36.75 ID:V1en1rcj

トランジスタと言いながら実用化されるとホール素子みたいな物だったりしてね



10: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 16:45:57.19 ID:GRq8UX53

これで低迷してるプラチナ価格も上がる!
のかな?


13: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 16:52:33.09 ID:CJ26lfuL

>>10
これ別に銀とかでも出来そう


11: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 16:46:51.34 ID:n2rqnpHl

2nmの白金なんて経済的に問題ない。


12: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 16:48:00.59 ID:Lf9xFZ/l

2ナノってプラチナ分子何個分の厚さなんかね?



15: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 17:16:37.15 ID:2nFEaHd3

>>12
Ptが面心立方格子としてABCABCABの8.8スタックぐらい。


16: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 17:17:41.47 ID:e6ibBHch

トランジスタというよりトンデモジスタに近い感じ


17: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 17:26:57.46 ID:x0EIegMK

とうとうサイボーグの時代がやってくるのか


18: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 17:32:58.47 ID:lLtUgN4q

で、何が凄いの?


70: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 23:41:55.73 ID:aV59YQ5U

>>18
ナノコンピューターが出来る



19: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 17:34:42.01 ID:/oPr4zPc

な?
量子論や素粒子論では
こういう現象をまったく予測できないだろ?

すべては実験に基づく物性物理学であって
量子論や素粒子論はまったくの役立たずの虚学なんだよ。


32: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 19:08:33.42 ID:PAFFKARf

>>19
経験に基づくオカルト麻雀>>にわか雀士のデジタル麻雀
ってことな。


25: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 17:50:38.14 ID:sYAVkD1y

プラチナ価格暴騰するかな?
いまんとこゴールドより安いしお買い得ではある


26: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 17:51:11.45 ID:/oPr4zPc

いっぺんくらい
量子論と素粒子論からデバイス作ってみ?

虚学だから何の役にも立っていないよなw



27: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 17:54:36.55 ID:hSKSqKuA

薄くしてキャリアを抑制した結果かい


28: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 18:25:19.72 ID:IeuF6mf8

ケイ素でできることをなにもわざわざ
貴金属でやる必要もなかろうに。
逆ならすごい発見だが。


30: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 18:31:11.89 ID:priPy/Zp

>>28
研究者が語学的に馬鹿だからすごさが分からないけど

既存の半導体で不可欠な不純物のドーピング(拡散やエピタキシャル)が不要なら
製造時の制約が激減して、設計の自由度が激増する


55: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 21:45:53.74 ID:Ob7vqlVc

>>28
世界中にPCやスマホが普及していて誰も意識してないけどシリコンの純度の高い結晶を作るのはものすごく大変



36: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 19:27:04.49 ID:t0pSTuIE

>例えば情報伝搬において究極の省エネとなる。

まったく理解の範疇を超えてるからわけわかんないんだけど、つまり電気代激安ってこと?


40: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 19:41:51.96 ID:I776+9KG

>>36
半導体に比べて同じ動作をするのに要する電圧が小さいから、消費電力が下る


38: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 19:40:32.49 ID:+D1oN55C

nanoサイズの金属膜を電子でふやけさせパンパンにして自由度を消す
んでもふやけさせるにはイオン水くらいヌルい電子源が必要なんだよね


45: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 20:13:54.64 ID:vh+Al28s

その時
米国シリコンバレーに時代は終わり
日本プラチナバレーの時代が幕を開けなかったのであった



46: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 20:18:31.36 ID:wNfKiQ1s

5年前からプラチナを毎月5万円分買い続けてきた
俺がやってまいりました


39: ニュースソース検討中@自治議論スレ 2018/08/08(水) 19:40:51.71 ID:YcYzm74E

後のニューロコンピュータの誕生の瞬間である




元スレ:http://egg.5ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1533711334/