スマートフォンなどの機器に使われているナノスケールの電子部品は、固体で他の物体に変形することのない静的な物体だ。だが、もしこれが変形することが出来るとしたらどうだろうか？カリフォルニア大学アーバイン校の物理学者たちは、まさにそれを実現した。これは、電子デバイスの性質や、科学者による原子スケールの量子材料の研究方法を根本的に変える可能性がある発見である。
「私たちが発見したのは、ある特定の材料を使えば、互いにくっつかないナノスケールの電子デバイスを作ることができるということです。部品が動くので、作った後にサイズや形状を変更することができるのです」と、物理学と天文学の助教授で、今回の研究を行ったJavier Sanchez-Yamagishi氏は述べている。
電子デバイスは貼り付けられているが、研究者が想像するあらゆるパターンに組み替えることができる。
「この研究の意義は、これらの材料に利用できる新しい特性を示したことで、回路の一部を機械的に再構成するなど、根本的に異なるタイプのデバイス・アーキテクチャを実現できることです」と、Sanchez-Yamagishi氏の研究室の博士課程学生であるIan Sequeira氏は述べている。
これまで科学者たちは、このような構成が可能だとは思っていなかった。
しかも、Sanchez-Yamagishi氏とそのチームは、初めからこうした性質の物質を意図して探求していた訳ではなかったとのことだ。
「当初目指していたものとは明らかに違っていました。全てが静止していると予想していたのですが、何が起こったかというと、測定しようとしている途中で、偶然、装置にぶつかってしまい、動いているのがわかったのです」と、Sanchez-Yamagishi氏は言う。
これは、ナノスケールの小さな金線が、“ファンデルワールス材料”と呼ばれる特殊な結晶の上を、非常に低い摩擦で滑ることから実現された。
このような滑りやすい界面を利用して、グラフェンと呼ばれる物質の1原子厚のシートを金線に貼り付けた電子デバイスを開発し、さまざまな形状に簡単に変形させることができるようにした。
しかし、新しいデバイスがもたらす影響については、まだ不明な点がある。
「いつか産業界に影響を与える可能性のあるアイデアではありますが、最初の話はその基礎科学的な話です。この結果は、固定的で静的だと思われていたものが、柔軟で動的なものにできることを示すものです」と、Sanchez-Yamagishi氏は語る。
これが、確実に影響を与えるのが量子科学研究だ。
「この分野での研究のあり方を根本から変えることができると考えます」と、Sanchez-Yamagishi氏は述べている。
「研究者は、実験に柔軟性と制御性を持たせることを夢見ますが、ナノスケールの材料を扱う際には多くの制約があります。我々の結果は、かつては固定的で静的だと考えられていたものが、柔軟で動的なものにできることを示すものです」。
論文
参考文献
- University of California, Irvine: UC Irvine physicists discover first transformable nano-scale electronic devices
研究の要旨
グラファイトや六方晶窒化ホウ素（hBN）などのファンデルワールス（vdW）材料の界面は、原子レベルで平坦な表面と弱いvdW結合により、低摩擦で滑ることが出来る。我々は、微細加工された金もhBN上で低摩擦で摺動することを実証した。これにより、周囲環境および測定用クライオスタットのその場で、デバイスの特徴を製作後に任意に再配置することが可能になる。我々は、デバイスの形状と位置を連続的に調整可能なパラメータとする、機械的に再構成可能なvdWデバイスを実証している。グラフェン-hBNデバイス上にスライド可能なトップゲートを作製することで、機械的に調整可能な量子点接触が得られ、電子閉じ込めや端状態結合を連続的に変更することができる。さらに、その場でのスライドと同時電子計測を組み合わせることで、ゲート電極やvdWヘテロ構造デバイス全体をターゲット上でスライドさせて空間的に走査する、新しいタイプの走査プローブ実験を実現した。
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