(AIMR)の高橋隆教授らによる研究グループは、グラフェン(黒鉛の単原子層)の超伝導化に成功した。「質量ゼロ」の電子を「抵抗ゼロ」で流すことが可能となるため、超高速超伝導ナノデバイスなどへの応用開発に弾みが付くものとみられる。一ノ倉聖大学院生と長谷川修司教授の研究グループは2016年2月、グラフェン(黒鉛の単原子層)の超伝導化に成功したと発表した。「質量ゼロ」の電子を「抵抗ゼロ」で流すことが可能となることから、超高速超伝導ナノデバイスへの応用開発が加速する見通しだ。グラフェンは、原子1層の極薄シート状で、炭素原子が6角形の蜂の巣状に結合した構造となっている。グラフェン中の電子は、ディラックコーンと呼ばれる特殊な電子状態を形成することで「質量ゼロ」の状態となる。このことから、グラフェン中では電子の移動速度が、半導体シリコン中に比べ最低でも200倍になることが分かっている。東京大学の研究グループは、SiC(炭化ケイ素)単結晶基板上にグラフェンを1枚ずつ制御して作製する方法を開発した。この方法で、炭素原子2層からなるグラフェン薄膜の層間に、Ca(カルシウム)原子を挿入してサンドイッチ構造とした、2層グラフェン層間化合物(C6CaC6)を作製した。したところ、温度が4K(−269°C)付近で電気抵抗が下がり始め、2K付近になると電気抵抗がゼロを示した。研究グループは、「超伝導状態を観測したのは世界でも初めて」と主張する。出典:東北大学他2層グラフェン層間化合物における電気抵抗の温度変化。研究グループは、層間に何も挿入しない純正2層グラフェンや、層間にLi(リチウム)を挿入したリチウム層間化合物(C6LiC6)なども試作して、その特性を評価/検証した。ところが、これらの構造では超伝導が発現しないことが分かった。この結果から、超伝導はCa原子からグラフェン層への電子供給により引き起こされていることを見出した。研究グループでは、今回の成果をベースとして、超伝導グラフェンの物理的特性の解明や、その理論的研究に取り組む。超伝導転移温度の上昇に向けて、Ca以外の金属原子や2種以上の金属との化合物作製、グラフェン積層枚数による特性変化などの研究も行っていく方針である。超伝導グラフェンの今後の展開としては、量子コンピュータへの応用などを視野に入れた超高速超伝導ナノ電子デバイスの開発などが期待されるという。酒井英明氏らは、質量がないディラック電子の流れを制御できる新しい磁石(磁性体)を発見した。ハードディスクのヘッドや磁気抵抗メモリなど、超高速スピントロニクス素子を用いた次世代の磁気デバイスへの応用が期待される。研究グループは2015年11月、電気的に反転対称性を破った二層グラフェンにおいて、バレー流の生成/検出に初めて成功したと発表した。らの研究グループは2015年9月、グラフェンに特有の電子分配過程を「世界で初めて観測した」と発表した。小林研介教授らによる研究チームは、グラフェン(単層グラファイト)中に形成されたpn接合での量子ホール状態の輸送現象にパリティ効果があることを理論的に予測し、実験によって検証することに成功した。グラフェンのpn接合における量子ホール状態を用いて、量子干渉素子を実現できる可能性も示唆した。LLC.ITmediaはアイティメディア株式会社の登録商標です。