配分額：43940000円 （ 直接経費：33800000円 、 間接経費：10140000円 ）

①決定論的ドーピング法の多元化と量子機能の発現：1)新たな液体金属イオン源を開発し、質量分離可能な集束イオンビーム装置およびシングルイオン注入装置に搭載することで、決定的ドーピング法の多元化を進めた。ガスイオン源の搭載による軽元素の注入可能性については、現有装置への搭載が不可能であったことから、特にシリコンやダイヤモンドのバンドギャップ中に不純物準位を形成する液体金属イオン源を開発することによる代替法の構築を行った。2)シリコン中に不純物を注入し、深い不純物準位の形成とその室温特性を利用した量子輸送特性評価を行った。また、シングルイオン注入法を用いて、シリコン中に希土類元素を注入し、その内殻電子の励起・緩和を活用した単一光子源の開発を進めた。ダイヤモンド中のNVセンターの活用では、NVセンターと他の電子スピンとの磁気的結合を活用した量子ビットの形成と応用を目指している。
②単一ドーパント量子ドットを用いたTHz波検出器の開発と量子コヒーレント制御：ドーパントへのテラヘルツ集光効率向上のための更なる光電界集中構造の検討を、シミュレーションと実験の両面から行った。誘電率を適切に設定することで、光電界サイズの局限化に成功した。また、テラヘルツ波検出に対するドーパント分布の効果について考察を行い、ドーパント同士の距離を制御することで、 検出帯域をチューニングできる可能性を示した。
③単一ドーパント量子物性制御デバイスの回路実装：単一ドーパント情報処理回路向けのシミュレータ作成を進めた。単一ドーパント量子系に発現する現象・動作を表現するシミュレータの開発を進めると同時に、同回路に実装する具体的な自然・生物的情報処理アーキテクチャの設計、及び試作中のシミュレータにてその動作確認を進め、それらの有用性を確認し、国際会議等で成果発表を行った。

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配分額：17420000円 （ 直接経費：13400000円 、 間接経費：4020000円 ）

金属ナノ材料やカーボンナノチューブは、湿式プロセスへ高い適合性を示しながら、ナノ物質の特異性を有することから、従来では達成しえなかった機械的柔軟性を示す機能性デバイスを実現可能である。本研究では、「ナノ材料を用いたストレッチャブル光センサ素子の塗布形成とイメージングシステムへの応用」という目標を掲げ、ナノ材料間で生じる電荷輸送の基礎的理解を行い、高性能・高機能な光センサ素子の創出を試みた。その結果、ストレッチャブル配線と多チャネル光センサを用いた塗布型センサシートを構築し、さらには、イメージングシステムの確立とその実用可能性調査を行った。

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配分額：6370000円 （ 直接経費：4900000円 、 間接経費：1470000円 ）

これまで様々な工業製品が日常生活に浸透しより快適で便利な社会が実現されてきたが，これらの安全性を確認するための検査技術が求められている。本研究では、違和感の少ないやわらかいテラヘルツ帯センサを作製し、人に装着して対象を触りながら検査する触診型テラヘルツ検出グローブを開発した。このセンシング技術の応用として、配管に適用し不具合箇所の検知に使用できることを示した。

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配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）

これまで高品質半導体にとって不完全性の要因であった有機・高分子や格子欠陥は、対応するダイナミクスの多くがテラヘルツ（THz）周波数帯に属するものの、THzデバイスへの応用研究が不十分である。本研究は、有機・高分子材料の持つ多彩な高次結晶構造や欠陥、これらの外界への敏感な応答性など、不完全結晶電子材料ならではの特異な特徴を活かすことにより、従来にはない新規なTHz機能デバイスの開拓を目指すことを目的とする。
今年度は、（1）ナノ発光素子、（2）周波数フィルタリングに関する研究を実施した。（1）については発光領域のサイズを変えることで、ピーク周波数を変えられるサイズ効果を見出した。ナノ構造がない場合に比べて発光強度が格段に強く、またサイズ効果による発光特性の制御が可能であることから、欠陥エンジニアリングならではの発光素子応用が期待できる。（2）有機物については、当研究室で開発してきた周波数フィルタリング素子に有機物を付加することでフィルタリングする周波数を変えるというユニークな使い方ができることを示した。外部からの刺激で有機物の構造や物性を自在に変えられるため、アクティブな周波数可変型フィルタリング素子としての応用が可能である。
以上から、有機・高分子や格子欠陥など、これまで無機物の完全結晶の観点からは好ましくないとされていた物質や構造を積極的に導入することで、新たな光機能をもたらすことが可能となった。

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配分額：18070000円 （ 直接経費：13900000円 、 間接経費：4170000円 ）

テラヘルツ（10の12乗ヘルツ）領域に位置する電磁波を波長よりも小さな空間に閉じ込める技術の開発を行った。これを可能にする構造体とテラヘルツ電磁波を検出するためのセンサを用いて、より詳細な分析が可能となった。本研究では、物質の中の電子の振る舞いに関する研究にこの技術を適用し、より極微な情報を得ることができた。

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配分額：6370000円 （ 直接経費：4900000円 、 間接経費：1470000円 ）

テラヘルツ（THz）帯の光子エネルギー（meV）は、様々な固体中電子や格子の励起エネルギー、高分子の振動や分子間相互作用に対応する重要な領域である。そのため、THz技術は、物質科学・生命科学の強力な計測ツールとなることが期待されている。ところが、光領域と電波領域に挟まれたTHz帯は、幅広い電磁波帯の中で他帯域に比べると発展が遅れており、特に可視光に比べて2，3桁波長が長いため（数百μmのスケール）、THz波計測によるナノセンシングの研究は未確立である。本研究では、THz波の局所集光並びに高感度信号読み出しを達成し、金属、半導体、高分子の詳細な物性解析が可能となった。

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配分額：7280000円 （ 直接経費：5600000円 、 間接経費：1680000円 ）

本研究では、3次元のナノポーラスグラフェンによる高性能テラヘルツ素子の開発を目的とする。この材料は、3次元曲面を持ちながら、線形なバンド構造、高いキャリア移動度等、単層グラフェン特有の性質を保持している。さらに、光吸収率が単層グラフェンよりも格段に高く、多数のポーラスを有するため、電子・熱物性をポーラスの形状やドーピングにより制御することができる。以上から、本材料はテラヘルツ素子として有望である。本研究は、3次元ナノポーラスグラフェンの電子・光・熱物性とデバイス開発をお互い相関させながら進めた。
今年度は、昨年度得られた知見を基に、実際にpn接合を有する3次元ナノポーラスグラフェンデバイスを作製し、性能を評価した。この材料は外部からのドーピングなしでは通常p型である。これに対して、ドーピング液を滴下する化学的な手法により、一部をn型に変換し、これによりｐn接合を作製した。テラヘルツ応答の位置依存性を測定したところ、pn接合部で大きな応答信号を見出し、テラヘルツ素子としての動作を確認した。
また、ポーラス（孔）がどのように効いているかを探求するため、磁気抵抗を測定・解析した。結果から、支配的な散乱機構が孔径によって変化することが分かった。この結果はディラック電子系の局在現象を幾何構造で制御できることを示しており、デバイスの更なる高性能化に向けて重要な知見を得ることができた。

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配分額：5980000円 （ 直接経費：4600000円 、 間接経費：1380000円 ）

物質中で発生する電荷の揺らぎは、固体素子において通常ノイズとして邪魔者扱いされるが、物質の秩序形成や相変化の根幹を担うことがしばしばある。本研究では、光応答における非平衡・非線形現象という固体物理学の基礎的でかつ重要な課題に関して、現象の空間構造・周波数スペクトルという視点からの研究を目的とした。具体的には、ナノスケールの局所的な光照射を基にした計測システムを創出し、無機・有機デバイスにおける揺らぎ・非線形光応答の探求に応用する。この研究から、非平衡・非線形現象における特徴的なダイナミクスやその発現の背後にある微視的メカニズムを解明することを目指した。
今年度はグラフェンの赤外応答の量子サイズ効果、プラズモニック構造におけるプラズモンの伝搬を主な研究対象とした。
グラフェンに関しては、光応答の空間イメージングから、グラフェン特有の赤外応答を観測することができた。この応答強度はグラフェンのサイズ（次元）に応じた周波数依存性を示すため、閉じ込め効果が背景にあることが分かった。
プラズモニック構造については、光照射によってプラズモン由来の電界分布に明暗のパターンが出現することを観測した。電磁界シミュレーションの結果とよく一致することから、プラズモン伝搬のダイナミクスを可視化できていることを確認した。また、ナノ領域における周波数スペクトル測定により、プラズモン共鳴に基づくピーク構造を観測し、このスペクトル形状から理論的に予想される周波数との一致を見い出した。また、回転対称性を有する別の構造体に対しても同様の測定を行い、回転対称性を反映した特徴的な光電界・位相パターンを観測した。

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配分額：41860000円 （ 直接経費：32200000円 、 間接経費：9660000円 ）

ナノ結晶シリコンの粒径制御、配列制御法を検討し、微小電極間に1個のナノ結晶を配列し、電子輸送特性の測定を行った。Ge/Siコアシェルナノワイヤの形成技術を最適化して、熱電素子応用への展望を拓いた。多重集積シリコン量子ドットを作製し電子輸送特性を測定した。2重結合量子ドット、3重結合量子ドットおよびp型結合量子ドットを形成して、少数電子領域やパウリスピンブロッケードの観測により、スピンベース多重集積量子ビットの実現に重要な進展を得た。

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配分額：15730000円 （ 直接経費：12100000円 、 間接経費：3630000円 ）

テラヘルツ（THz）電磁波を用いた技術は、物質科学や生命科学など自然科学の多岐にわたる分野で強力な計測ツールとなることが期待されている。本研究は、THzエバネッセント波を、サブ波長空間で制御する技術を開発し、新たなナノ物性研究へ応用することを目的として行われた。半導体微小センサをスキャンするシステムにより、半導体デバイスの電極からの電子注入に伴うTHz発光近接場分布の可視化に成功した。また、シリコン3次元構造と金属膜とのハイブリッド構造を作製することで、サブ波長空間における高いTHz電界増強効果ならびに極微小な試料のTHzセンシングを達成した。

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配分額：7020000円 （ 直接経費：5400000円 、 間接経費：1620000円 ）

テラヘルツテクノロジーは、電波天文学・固体物理学・生体分子分光学などの基礎学術分野からセキュリティ・情報通信・医療などの実用分野に至る幅広い分野での応用が期待されている。ところが、この周波数帯域は光（フォトニクス）と電波（エレクトロニクス）の間に挟まれているため、他帯域に比べ発展途上である。テラヘルツデバイスの中でも高性能なテラヘルツ検出器は強く求められている技術である。現在の室温検出器としては、焦電検出器、ショットキーバリアダイオード、光伝導アンテナ等が知られているが、感度が低いため高精度な計測ができないことが問題となっている。以上を背景とし、高性能テラヘルツ検出素子の開拓を目指して、ナノカーボンのユニークな特徴を利用した研究を行った。得られた成果は以下の2点である。①高いテラヘルツ吸光度を持つカーボンナノチューブアレイ薄膜によるテラヘルツ検出器のノイズ密度スペクトルを測定したところ、熱雑音極限まで達していることを見出した。この検出器のテラヘルツイメージング応用を行い、遮蔽物背後の物質検知に成功した。また、この試料の低温下でのテラヘルツ応答を調べたところ、別のメカニズムによる応答を見出し、感度が室温に比べて3桁程度向上することが分かった。②立方晶窒化ホウ素基板上（物質・材料研究機構の谷口博士、渡邊博士よりご提供）のグラフェン試料によるテラヘルツ検出について検討し、最適なチャネル形状を特定した。

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配分額：6890000円 （ 直接経費：5300000円 、 間接経費：1590000円 ）

物質中で発生する電荷の揺らぎは、固体素子において通常ノイズとして邪魔者扱いされるが、物質の秩序形成や相変化の根幹を担うことがしばしばある。ところがこれまでに、空間・時間・エネルギーから固体中の電荷揺らぎを系統的に調べた研究はきわめて少ない。本研究は、電荷揺らぎの局所的な情報を探求し、固体素子の揺らぎに関係する特徴的な電荷分布形成・ダイナミクスやそれとマクロな物性との関連を解明することを目的として実施された。
今年度の成果は以下の通りである。
①カーボンナノチューブ素子の非平衡伝導と電磁波応答
カーボンナノチューブ薄膜素子の非平衡伝導と電磁波応答について調べた。光吸収によるデバイス内電子伝導の様子を可視化し、電子のエネルギー緩和のダイナミクスと対応した特徴を特定することが可能となった。また、薄膜の厚みに応じた光応答の違いをイメージング観測し、光伝導の測定における有用な情報を得ることができた。
②導電性高分子素子の非平衡伝導と電磁波応答
導電性高分子の非平衡伝導特性と光応答を調べた（試料は東京工業大学 有機・高分子物質専攻 道信研究室よりご提供）。電気抵抗の温度依存性を測定したところ、ある低温下で電流－電圧特性が急激に非線形になり、２つの伝導状態間をスイッチする、双安定な状態が存在することを見出した。この測定から、伝導を特徴づける２種類のエネルギーを見積もることができた。さらに、この温度領域で光を照射したところ、電気伝導度が急激に増大する現象を観測した。このような光をトリガーとした相転移は、２種類の伝導状態間をスイッチする温度のみで生じることが分かった。この測定から、電子の空間分布の変化に基づく伝導モデルを提案した。

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配分額：3900000円 （ 直接経費：3000000円 、 間接経費：900000円 ）

テラヘルツ電磁波を用いた分光イメージング技術では、解像度の向上が課題である。本研究は、特に物質科学・分子科学・生命科学の分野において求められているナノメータレベルの解像度を目的とした。高精度走査機構と周波数可変テラヘルツ検出器を融合させることで近接場テラヘルツ分光素子を創出した。これにより、微細な半導体試料のテラヘルツ画像・分光解析を可能にした。

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配分額：3900000円 （ 直接経費：3000000円 、 間接経費：900000円 ）

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配分額：25610000円 （ 直接経費：19700000円 、 間接経費：5910000円 ）

本研究は、特異な電子状態・物性から近年急速に注目が高まっているグラフェン(グラファイトの単原子層)のテラヘルツ(THz,10^<12>Hz)電磁波応答の研究とTHzデバイスへの応用を目的とする。本研究の背景には以下の2点がある。(1)THzテクノロジーが、電波天文学・固体物理学・生体分子分光学などの基礎学術分野からセキュリティ・情報通信・医療などの実用分野に至る幅広い分野での応用が期待されているものの、この周波数帯域は光と電波の間に挟まれており、他帯域に比べ発展が立ち後れている。(2)グラフェンは線形なエネルギー対運動量の分散関係を示すことから、キャリアが質量ゼロのディラックフェルミオンと見なすことができる。そのため通常の電子系とは異なる特異な物性を発現することから、新しい電子・光デバイスへの応用が期待されている。本研究では、THz領域におけるディラックフェルミオンの振る舞いを探求し、グラフェンの新しいTHz素子を創出する。今年度は、THz電磁波照射下でのグラフェンの電気伝導を調べた。実験結果から、1.6THz～33THzの相当な広帯域におけるTHz応答を観測した。これは、通常の半導体とは著しく異なるランダウ準位形成下での、ディラックフェルミオンのTHz共鳴吸収(ランダウ準位間遷移)による光伝導現象に基づく。今回の実験は、遠赤外～中赤外の広帯域で周波数を選択しながら検出可能であること(チューナブル検出)を実証している。この優れた特性は従来の光伝導型半導体検出器では得られなかった、グラフェン特有のものである。

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配分額：2900000円 （ 直接経費：2900000円 ）

半導体微細化による電子デバイス性能向上の限界が近づいている現在、新しい材料によるデバイス開発が要求されている。ところが、これらのデバイスでは電極との接合や欠陥の影響がマクロな電気特性に影響を与える課題が指摘されているものの、そこでの電荷分布を高感度・高空間分解能で評価する装置がないという問題に直面している。本研究の目的は、単電子トランジスタや量子ポイントコンタクト素子が潜在的に持つ超高感度性と原子間力顕微鏡カンチレバーの高空間分解能を同時に利用した、新しい電荷分布イメージング用センサを開発することである。この開発は、現在まだ研究段階に止まっている有機半導体、カーボンナノチューブ、グラフェンなど新規材料による電子デバイス実用化の実現に向けた強力な計測装置になると期待できる。本年度は、金属コートカンチレバーと単電子トランジスタのゲート電極を結合させたシステムを開発した。被測定試料に交流電流を流した状態で、単電子トランジスタのソースードレイン電流を測定したところ、試料の電流に同期した周波数で、応答電流が観測された。これは、カンチレバー真下における試料の電荷状態を単電子トランジスタで読み取っていることを意味する。さらに、試料にわずかな直流電流を流した状態で同様の測定を行ったところ、単電子トランジスタからスパイク状のスイッチング電流が観測された。これは、試料中の少数個の電荷を検出していることを示している。

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配分額：6760000円 （ 直接経費：5200000円 、 間接経費：1560000円 ）

テラヘルツ(THz)電磁波領域は、エレクトロニクスを駆使した電子制御の高周波限界であり、オプティクスを駆使した光制御の低(光子)エネルギー限界でもある。そのため、THz領域は取り残された"最後の砦"になっている。ところが近年になり、物質中電子、生体系高分子、天体系星間物質からの極微弱なTHz放射の検出が、物質における新現象・新機能の発見、生命活動や宇宙創生の謎の解明につながると期待されている。したがって、高性能なTHz検出技術は現代科学のフロンティアに大きく貢献する基盤要素技術となり得るため、現在その創出が強く望まれている。本研究では、THz計測技術の中で重要な柱の1つである検出器の高性能化を目指す。昨年度、1次元電子系(カーボンナノチューブ単電子トランジスタ)と2次元電子系(GaAs/AlGaAsヘテロ界面中2次元電子ガス)の複合構造による高感度THz検出器を開発したため、今年度は検出器の安定動作に不可欠な冷却システムの構築を行った。液体ヘリウムを使用しない機械式冷凍機をベースにして、冷凍機本体からの振動を極力除去し、電気的ノイズを遮断する工夫を凝らした。さらに、ヒーターをPID制御することで、温度安定性の高いシステムを開発した。このシステムにTHz検出器を搭載したところ、検出器は問題なく動作することが確認された。これにより、冷却に液体ヘリウムの汲み足しを必要とせず、長時間の安定使用が可能となった。

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配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）

本研究は、以前開発した量子ホール素子による走査型ノイズセンサの性能を格段に向上させ、この計測技術を量子ホール系における電荷揺らぎの探求に適用することで、実空間・周波数分散の双方における情報を直接的に可視化することを目的として行われた。具体的な成果は以下の3点である。
(1) カンチレバーを介在させることで、高空間分解能化(24nm)を達成した
(2) (1)を用いて半導体界面量子ホール系における電荷の局所的な過渡応答を明らかにした
(3) (1)を用いて、グラフェンにおけるポテンシャル分布マッピングに成功した

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配分額：3500000円 （ 直接経費：3500000円 ）

カーボンナノチューブ量子ドットのテラヘルツ電磁波応答について、昨年度力ちさらに、以下の進展があった。
1.THz光子支援トンネル電流の照射強度依存性の観測
光子支援トンネルによる電流ピーク値が、照射強度に対してベッセル関数的依存を示すことが理論的に予測されているものの、テラヘルツ領域での観測例はない。本研究では、照射テラヘルツ光のパワーを変えることによって、この問題の検証を試みた。実験結果から、クーロンピークと光子支援トンネルによるサイドピークが、照射強度に対してそれぞれ全く逆の振る舞いを示すことが明らかにされた。ベッセル関数への完全なフィットまでは得られなかったが、理論から予想される傾向と一致することを見出した。この結果も、照射テラヘルツ光に対して量子ドットが古典的に応答しているのではなく、光子支援トンネルによって電子波の新しい伝導チャネルが発生していることを強く支持する。
2.カーボンナノチューブ量子ドット-GaAs2次元電子ガス複合素子でのTHz応答
昨年度、光子支援トンネルとは別のメカニズムによるTHz応答(クーロンピークシフト)を観測した。この応答は、カーボンナノチューブ直下のSiO_2層のトラップ準位が関与しており、THz光に対して著しい高感度性を示すことが分かった。ところが、トラップ準位という制御性の悪い性質を利用しているため、検出器作製の観点からは不利であった。この改善のため、トラップ準位の代わりに、GaAs2次元電子ガスを利用した新しい検出器を開発した。アイディアは、2次元電子ガスのサイクロトロン吸収による静電ポテンシャル変化を間近のカーボンナノチューブ量子ドットによって読み取る機構である。この複合素子のTHz応答の観測から、サイクロトロン共鳴時においてクーロンピークシフトが最大になることを確認した。

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配分額：14690000円 （ 直接経費：11300000円 、 間接経費：3390000円 ）

今年度は、昨年度高性能化を達成した2種類のイメージング計測技術-THz光顕微鏡、走査型電位計-を半導体試料に応用した研究を主に行った。成果は以下の2点である。
(1)THz光顕微鏡による研究:
昨年度に引き続き、量子ホール素子から放射されるサイクロトロン発光の伝導チャネルサイズ依存性を系統的に調べた。実験結果から、発光領域が、伝導チャネルの幅に応じて(電流密度が一定であるにもかかわらず)著しく変化する様子を明確にとらえることに成功した。この結果から、量子ホール素子による波長可変テラヘルツレーザーの実現に向けて、デバイス設計の有用な指針を与えることができた。
(2)走査型電位計による研究:
開発した走査型電位計をノイズセンサーとして応用することで、量子ホール素子におけるノイズ電圧の空間マッピングを行った。量子ホール状態から弱磁場側にずれた領域で、ノイズ電圧が試料の片側に偏って発生し、一方、強磁場側にずれた領域では、試料全体にわたって発生することを見出した。この実験結果から、前者は局在状態-非局在状態間の電子の飛び移り、後者は非平衡エッジ状態にある電子のバルク状態への不規則的な緩和が背後のメカニズムであることが分かった。
以上のうち、(1)はPhysical Review Letters誌に掲載、(2)はApplied Physics Letters誌に掲載、7th International Conference on New Phenomena in Mesoscopic Structures/5h International Conference on Surfaces and Interfaces of Mesoscopic Devices (Hawaii, Nov.27-Dec. 2, 2005)において招待講演を行い、(1)と(2)に関する総合的な成果報告を、日本物理学会秋季大会(同志社大学、2005年9月)においてシンポジウム講演として行った。

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配分額：38220000円 （ 直接経費：29400000円 、 間接経費：8820000円 ）

Si-MOSFETやSi/SiGeヘテロ構造に作られたシリコン2次元電子系およびGaAs/AlGaAsヘテロ構造に作られたGaAs 2次元正孔系においては、強相関とスピン自由度に起因する興味深い現象が期待される。以下に、本研究で得られた成果を列挙する。
1)希釈冷凍機に試料回転機構を組み込み、磁場の角度依存性などのデータを迅速に測定できるシステムを開発した。
2)スピンを完全偏極させると、Si-MOSFETにおいては金属相は消失することが知られていたが、電子移動度が非常に高いSi/SiGeヘテロ接合試料においては、高磁場中でも金属相が生き残ることがわかった。系の内部自由度と不規則性をパラメーターとした金属相出現条件に対する相図を提唱した。
3)ウィグナー固体が基底状態と期待されるSi-MOSFET絶縁体相において、磁気抵抗効果の詳細な測定を行い、他のグループが主張していた強磁性状態が基底状態ではないことを明らかにした。
4)絶縁体相における磁気抵抗効果の測定を相関の弱いGaAs電子系と強相関系であるGaAs正孔系に対して行い、強相関シリコン2次元系で見られた活性化エネルギーの振動が強相関系特有の現象であることを明らかにした。
5)GaAs正孔系の絶縁体相において巨大な正の磁気抵抗を観測した。シリコン2次元系では見られないことからスピン・軌道相互作用が重要であると考えられる。
6)Si/SiGeヘテロ接合2次元電子系に対して、ミリ波領域のサイクロトロン共鳴と電子スピン共鳴の実験を行った。電子スピン共鳴信号は、電子加熱によるものではなくスピン偏極率の減少によって理解され、電子スピン共鳴が2次元電子系のスピン状態を探るための強力なツールとなることが明らかになった。

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配分額：3400000円 （ 直接経費：3400000円 ）

今年度は、当初からの研究課題であるテラヘルツ光空間分解検出システムの構築・高性能化に加えて、昨年度新たに考案した量子ホール素子による走査型電位計の開発研究、さらにはその物性研究への応用を行った。具体的に得られた成果は、以下の2点に要約される。
(1)ナノプローブ付のFET型量子ホール素子を用いて高分解能な電位分布計測を可能にした。
(2)テラヘルツ光空間分解検出技術と走査型電位計を組み合わせることにより、ランダウ準位内/間の各々の画像観測に初めて成功した。
(1)では、ナノサイズの先端径を持つ金属製プローブをFET型量子ホール素子の金属ゲート電極に装着するという新奇なシステムを作製することで、従来得られていた空間分解能(約10μm)を格段に上回るサブμmの分布計測が可能となった。
(2)では、今回の研究により開発された2種類のシステムを組み合わせることで、発光分布と電位分布を同時測定する新たな走査型プローブ顕微鏡を開発した。さらに、この技術を量子ホール伝導体に適用することにより、電子のエネルギー散逸に関係する縦電圧発生の起源-1つのランダウ準位内の散乱、異なるランダウ準位間の散乱-のそれぞれの画像観測に初めて成功した。得られた結果からは、2つの分布が著しく異なっていることが明確に見出され、各々の散乱過程やその特徴的な長さスケールの違いが明らかになった。
以上の成果は、走査型電位計についてはApplied Physics Letters誌の表紙に選ばれ、発光イメージングについてはPhysical Review B誌、さらにナノ科学/技術に関する主要な研究論文が選ばれるVirtual Journal of Nanoscale Science & Technology誌に掲載された。また、上記(1)の成果は、今年度7月に奈良で開催された国際会議(15th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems)において発表した。

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配分額：3500000円 （ 直接経費：3500000円 ）

プラズモン機構による超伝導は高密度ほど起こりやすいと考えられるため、酸化シリコンをスパッタリングによりInAs表面に堆積させて、そのときの衝撃により表面近傍にキャリアを誘起させた。このキャリアによって面抵抗が自然反転層だけがあったときよりも著しく減少がすることがわかったが、このキャリアの分布を調べるために極低温下での磁気抵抗測定を行った。2次元面に対して平行に印加した磁場に対して明瞭なシュブニコフ・ドハース振動が観測された。電子系が2次元的であれば(界面量子化されていれば)、面内磁場に対する振動は現れないはずであるので、誘起された電子系は3次元的である。また、垂直磁場下でのホール抵抗の測定から得られる面密度とあわせて解析することによって、この3次元電子の表面からの広がりが1μm程度であることが明らかになった。表面に加えられた衝撃により誘起された3次元電子は、熱処理をするとその分布を広げるとともに徐々に消滅する。消滅後は、反転層の2次元電子だけが残るが、衝撃を加える前よりは、若干、2次元キャリア密度が増加する傾向があることがわかった。今後、衝撃と熱処理の条件を変えることによって、2次元電子密度を著しく増加させることができるかもしれない。
極低温・超高真空中での劈開表面に金属を蒸着することによりInAs表面キャリアを誘起する実験も行った。今回、容易に試料や蒸着金属を変えて短時間で劈開、蒸着、測定のサイクルを行えるシステムを開発した。
予備実験において、1原子層程度の銀を蒸着すると劈開直後に100kΩ程度あった面抵抗が1kΩ程度まで減少することがわかった。

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資金種別：競争的資金

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