今後さらに必要とされる超高機能情報処理デバイス
現代社会の私たちの快適で便利な暮らしは、日進月歩のエレクトロニクス機器の恩恵にあずかるところが大きいといえます。エレクトロニクス機器の性能は、頭脳の役割を果たす半導体によって支えられています。トランジスタ、ダイオード(整流器)・発光ダイオード(LED)、集積回路(IC, LSI)などの半導体を用いた電子部品が、PC、スマートフォン、テレビなどに組み込まれていることはご存知のとおりです。
半導体素子によって電子の電荷を制御し、情報を処理することで機器をコントロールするエレクトロニクス製品は、デバイスを微細化・集積化することで発展してきましたが、今後さらに、AIやIoTなどの活用が進むにつれ、これまでとは比にならないほどの膨大な情報処理能力が必要となるでしょう。さらなる小型化・高速化・省エネルギー化を推進していくためには、既存の技術に依存しない、新しいデバイスの構築が求められます。そこで近年大きな関心と注目を集めているのが「スピントロニクス」と「量子技術」です。
ヘリカルスピントロニクスが未来を動かす
これまでの半導体の研究・開発は、電子の「電荷」を制御することに力点を置いてきました。しかし、電子は単に負の電気(量)をもつ粒子ではありません。電子には磁石としての性質であるスピンを併せ持っています。よって、スピンと電荷の両方を利用することで、従来のエレクトロニクスでは実現し得なかった超省電力・超高速なデバイスを創製することができます。
好田研究室では、多くの研究者が障壁と感じていた電子スピンの向きがバラバラとなるスピン緩和を抑制し、長距離まで伝搬できる新たなスピン安定状態=永久スピン旋回状態の電気的制御に成功。
新しい発見・知見を世界に先駆けて次々と発表してきました。電子スピンの回転や回転により生まれる空間構造を自在に制御することで、電荷のみでは実現できない新しい機能の実現を目指す、これがヘリカル(回転)+スピントロニクス=「ヘリカルスピントロニクス」です。
あらゆる半導体材料で未知のスピン・量子機能を探求
私たちのもうひとつの取り組みが、さまざまな半導体材料を用いる新しいスピントロニクス機能の探求です。シリコンやガリウムヒ素(GaAs)などの化合物半導体に加え、原子一層の厚さで電流をオン・オフできる原子層物質や酸化物など、これまでにない機能を持つ半導体材料が近年多く発見されています。
このような多彩な半導体材料が持つ、独自の性質を明らかにすることで、スピンだけでなくバレーと呼ばれる新しい自由度など、これまでのエレクトロニクスでは未活用だった原理に基づく新機能を生み出せる可能性があります。これまで誰にも知られていなかった現象と世界で初めて対峙できるのが研究の醍醐味。好田研究室が目指すのは、次世代情報処理や量子技術などの未来技術への貢献、そして夢を夢で終わらせないための努力と挑戦です。