機能電子材料創製

物質機能創製学講座 機能電子材料創製研究分野
(グリーン未来創造機構 グリーンクロステック研究センター)

教授
齊藤 雄太

常識に囚われない発想で、現代情報化社会を支える新しい材料技術。社会実装を常に見据えながら、グリーン産業に貢献する材料基礎研究の力。

 

デジタル時代の現代、情報機器の低消費電力化を実現する新材料技術。
私たちの社会が毎年のように”便利”になっていると感じられている方は多いと思いますが、それに大きく貢献しているのが情報機器の発展です。身近な例ではスマートフォンやコンピュータの性能向上が挙げられます。最近ではコロナ禍の影響で、オンライン会議が増えたり、講演などのオンライン配信も盛んに行われたりしています。また、パソコン本体ではなく、インターネット上にデータを保存するオンラインストレージも急速に普及しています。このような大量のデータの処理や保存のためには、私たちが普段意識している以上に多くの情報機器が動作しています。それはすなわち大量の電力を使用しているということに他なりません。
齊藤研究室では、情報機器等の電子デバイスの消費電力の低減に、材料科学の観点で取り組んでいます。長らく電子デバイスの主役はSi(ケイ素)で、それは今後もしばらくは続くと思います。一方で、最近は、Siではない新材料を用いたデバイスが多く研究、提案されています。これらの材料は、Siよりも高性能であったり、またはSiでは実現できないことができたりと幅広い応用の可能性を秘めています。しかしながら、新しい材料を実用化するためには多くの障壁があります。齊藤研究室では、従来にはない新しい電子材料の開発や、機能を発現する原子・電子レベルのメカニズムの解明などを推し進めています。

最先端の分析・シミュレーション・データ解析技術を駆使した材料研究。
齊藤研究室では、いわゆる実験室にあるような分析装置だけでなく、例えば放射光施設を用いた超高性能な分析や、第一原理計算といった物質中の電子の状態を計算するシミュレーションを駆使した材料開発を行います。単に測定するだけや、計算するだけにとどまらず、実際の材料開発に活かすというポリシーで研究を進めています。新材料を社会実装するために重要なことの一つは、なぜそのような特性が得られるのか、どういったメカニズムでその現象が起きているのか、について明らかにすることです。なんだかわからないけれどもうまく動作している、というのは、基礎研究ではありがちですが、実用化するためには、”何故”という問いに答えなければいけません。最先端の材料研究手法を駆使することで未知の材料の”何故”に答え、これからの社会に求められる材料を産み出していきます。

Projects

準安定な2次元層状物質を利用した半導体デバイス

2次元層状構造を持つ物質はこれまで多数報告されていますが、それらは熱力学的に安定な物質が大部分です。最近、アモルファスという原子配置がバラバラの物質を加熱して原子位置を整えていく過程で、準安定的な層状物質を得ることを発見しました。これはGeTe2という組成で、この物質は天然には存在しませんし、普通の作り方では作ることができません。このような特殊な作り方で作製したGeTe2は、半導体の性質を示すことがわかりました。本手法は、従来全く知られていなかった層状物質を開拓する新しい手法として期待されています。

異種の層状物質同士を張り合わせ、優れた電気特性の実現

トランジスタに代表される電子デバイスでは、最もキーとなる半導体はもちろんですが、その周囲には金属の電極や、電気を通さない絶縁体といった様々な物質が接触してあり、それぞれの界面が重要な役割を担うことが多いです。2次元層状物質を用いたトランジスタでは、半導体である2次元物質を流れる電流(電子)が、金属の電極に効率よく入っていかないという問題がありました。これは金属と2次元物質の間にある接触抵抗というものが存在するからです。そこで従来の金属ではなく、電極にも層状物質を用いた異種層状物質界面を作製しました。その結果、従来金属に比べて接触抵抗と著しく低減し、駆動電流を4〜30倍にすることができました。異なる層状物質同士の界面は、欠陥等が少ないことが期待され今後の電子デバイスの性能向上に大きく貢献すると期待されています。

Topics

2023年11月にできたばかりの新しい研究室です!

齊藤研究室は2023年11月にできたばかりの新しい研究室で、2024年度から学生の受け入れを開始します。新しい研究室の立ち上げですので、何をやってもすべてが”初”となります。研究室での生活を一層楽しくできるように、研究室イベントも充実させていきたいと思っていますし、近くの研究室との合同イベントなども開催予定です。”ナノ”や”2次元”、”放射光”、”第一原理計算”といったキーワードに興味があり、また、新しい研究室の立ち上げに関わってみたい学生さんにはとても居心地が良い研究室になると思います。