【固形物理学】金属が半導体に化ける可能性 －超薄膜の白金がトランジスタ特性を発揮することを発見－京都大学［08/08］
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白石誠司 工学研究科教授、セルゲイ・ドゥシェンコ 同博士研究員（研究当時、現：米国標準化研究所及びメリーランド大学研究員）、外園将也 同修士課程学生らの研究グループは中村浩次 三重大学准教授と共同で、金属である白金を極めて薄い膜（超薄膜）にしたとき、シリコンなどの半導体で実現されるトランジスタ特性（材料の抵抗を外部電圧で制御する特性）が現れること、さらにそれに伴って白金がスピンを電流に変換する「スピン軌道相互作用」という機能を大幅に変調・制御ことができることを世界で初めて発見しました。
固体物理学における常識を覆す発見であり、特にエレクトロニクスやスピントロニクス分野の新しい発展に繋がる成果です。
本研究成果は、2018年8月7日に英国の国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
■概要
今日の情報社会の隆盛をもたらしたトランジスタは、半導体（現在は一般的にシリコンが用いられる）中のキャリア（電子または正孔）をゲート電圧で誘起することで、抵抗の大きさを制御し、情報のオンとオフを操作します。
しかし、金属は一般的にキャリアの数が非常に多いために、ゲート電圧によってキャリアを誘起しても、抵抗を変えることは困難でした。
本研究グループは、まず2ナノメートルという極めて薄い白金（Pt）の膜（超薄膜）を、磁性絶縁体であるイットリウム鉄ガーネット（YIG）の上に作製しました。そして、このPt超薄膜の上にイオン液体をのせて強いゲート電圧をかけたところ、上記のような半導体で実現されるトランジスタ特性が現れることを発見しました。
さらに、基盤であるYIGからスピン流（＊）をPt超薄膜に注入したところ、Ptがスピンを電流に変換する「スピン軌道相互作用」という機能を大幅に変調・制御することができることも見出しました。
これは従来の「金属材料を使ってトランジスタを作ることはできない」という理解と「スピン軌道相互作用は材料固有である」という固体物理学における理解を共に覆す発見であり、特にエレクトロニクスやスピントロニクス分野の新しい発展に繋がる画期的成果です。
＊スピン流・・・電子の2つの自由度である電荷自由度とスピン自由度のうち、後者のみの流れのこと。スピン自由度のみを制御できれば、実際には電流は流れないため、例えば情報伝搬において究極の省エネとなる。
■今回の研究で用いた素子の構造図と実験の概念図
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/images/180807_1/01.jpg
白金の極めて薄い膜（超薄膜：厚さ2ナノメートル）をイットリウム鉄ガーネット（YIG）基板の上に作成し、そこにイオン液体を用いたゲート電極を搭載し強い電圧をかけると、白金に電子が多数注入されるため、白金の電気抵抗が変化する。
■研究者からのコメント
Dushenko博士とのフランクな議論の中で、まるで天から降ってきたように湧いたアイディアを形にでき、大変幸せです。研究の本質とは「セレンディピティ」である、とはよく言われる言葉ですし、発想の転換の重要性を意味する「コロンブスの卵」も研究者には重要な言葉です。正にその「セレンディピティ」と「コロンブスの卵」の結晶が今回の結果です。これからも好奇心と奇抜でも確固たる発想を大事にして研究を続けていきたいと思っています。
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/images/180807_1/02.jpg
京都大学
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/180807_1.html 凄い発見だけど、白金は高価すぎるね、銅辺りで同じ効果が可能ならば
革命が起きる >>3
でもシリコンのようなありふれたもので作れるのだから、経済的には金属は難しそうだね 画期的な研究成果だけど、コミュニケーション力が絶望的に最悪
×金属が半導体に化ける
○金属でもトランジスタみたいなことが出来た！ トランジスタと言いながら実用化されるとホール素子みたいな物だったりしてね >>12
Ptが面心立方格子としてABCABCABの8.8スタックぐらい。 な？
量子論や素粒子論では
こういう現象をまったく予測できないだろ？
すべては実験に基づく物性物理学であって
量子論や素粒子論はまったくの役立たずの虚学なんだよ。 まあ３次元に配置されてるのが２次元に制限されるんだから特性は変わるよな
量子力学やってればあたり前田のクラッカー よう分からんが
スピンだけの電子を注入したらPt内でドリフト電流になった、つまり起電力が発生したってことか？
よう分からんがなw 電子の多い金属ではゲート電圧で電子の濃淡を作ることが難しいって
ことであって、>>20はアホの見本だわ。 プラチナ価格暴騰するかな？
いまんとこゴールドより安いしお買い得ではある いっぺんくらい
量子論と素粒子論からデバイス作ってみ？
虚学だから何の役にも立っていないよなw ケイ素でできることをなにもわざわざ
貴金属でやる必要もなかろうに。
逆ならすごい発見だが。 ケイ素の指輪を見せると美形JDがほいほい股を開くような
革命的デバイスを発明してみ。
京都大学さん江 >>28
研究者が語学的に馬鹿だからすごさが分からないけど
既存の半導体で不可欠な不純物のドーピング(拡散やエピタキシャル)が不要なら
製造時の制約が激減して、設計の自由度が激増する プラチナで出来るならパラジウムでも出来るんじゃないか？ >>19
経験に基づくオカルト麻雀>>にわか雀士のデジタル麻雀
ってことな。 電圧で制御するのはFETなんだが・・・ってどうでもいいか >例えば情報伝搬において究極の省エネとなる。
まったく理解の範疇を超えてるからわけわかんないんだけど、つまり電気代激安ってこと？ nanoサイズの金属膜を電子でふやけさせパンパンにして自由度を消す
んでもふやけさせるにはイオン水くらいヌルい電子源が必要なんだよね >>36
半導体に比べて同じ動作をするのに要する電圧が小さいから、消費電力が下る デバイスはわからないがダイオードを作れればいいんだっけ その時
米国シリコンバレーに時代は終わり
日本プラチナバレーの時代が幕を開けなかったのであった 5年前からプラチナを毎月5万円分買い続けてきた
俺がやってまいりました 実用性はないだろう。薄膜は耐久性がないため自己満足にすぎん パワー系素子とかに応用できるのけ?
さらなる高密度実装に貢献する発見でもなさそうだしなぁ 金属のような大電流を流せる素材でスイッチでき、
スピン流で全く流さない省エネも実現可能
実用化はいつ？ 微細加工の量産化はできるの？ 幕末明治の美女30選 その輝きは150年後も変わらない（画像集）
http://www.bbynewstheimage.shop/ 液体を使ったデバイスが長期間安定的に動作するんやろか。
漏れたり蒸発したりしないのかな。 >>28
世界中にPCやスマホが普及していて誰も意識してないけどシリコンの純度の高い結晶を作るのはものすごく大変 また白金族かよｗ
そういうのって役に立つ技術なのか？ｗ
レアメタル使って半導体やるよりケイ素でいいってことにしかならないだろ
白金のリサイクル率なんか１％未満だぞｗ
で、埋蔵量は御存じの通り
さらに市場に出回ってるのはロシアと南アフリカ産だ（南アフリカはアメリカから渡航禁止レベル４指定されてる）
供給制限がいつあるかもわからん
そんなもん使ってどうするのかとｗ ケイ素使ったものがレアメタルの代わりになるというなら画期的発明
レアメタル使ってレアメタルの代替するのはアホレベル
レアメタル使って安く大量にあるものの代替するのはクソバカのやることで
経済合理性から言っても研究する価値無し
（レアメタル途絶で来るであろう人類文明の終末時期を伸ばすどころか、逆に到来を早めるだけ） おい後半のスピン流制御の話の方が重要だろ
なんでタイトルに入れてないんだよ 耐熱性や酸や塩分などの耐腐食性が高い製品の可能性はあるかもね
といった、その程度のことも考えつかずに否定してる奴は知能が低い >>3
厚さ２ナノメートルって言ったら、メッキよりはるかに薄いんだから
素材の価格は問題にならないだろう 情強の俺はどっぷり中華三昧。
中国無しの生活なんて考えられん。
製品が中国製どころか、最近は買う所もAliExpressとかGearBestとかの中華サイト。
日本でも送料無料だし、パソコンが1万円台だったり、スマホケースが100円だったり、とにかくアホみたいに安い。 イオン液体って具体的にはなんだろうか？
塩水とか塩酸とか？ >>65
どっちも水溶液やん
常温で溶融塩状態のイオンのみからなる液体がイオン液体 >>48
蒸着だけだと多層化が捗るな回路刻めるか知らんがとネタにまじレス > 金属が半導体に化ける可能性 －超薄膜の白金がトランジスタ特性を発揮することを発見－京都大学
凄い発見をするのは良いんだが．．．
その研究に中国人や朝鮮人を入れたら、また盗まれるぞ。
日本人てお人好しが多くてすぐ入れてしまうだろ。
中国や朝鮮は関係を持ったらいかん。 >>1
これつまり
①現状3nmでおしまいの微細化プロセスのさらに細分化、高性能化ができる
②製造アプローチが変化するから、とっくにLSIから追い出された日本でも工場作れるかも
こういう事か？ならすごい発見だ >>24
薄くすれば何か変化起きそうって予想付かないか？ ていうか信号増幅できたからって金属が半導体に化けるっておかしくない？ この記事を書いた奴は間違いなく早慶文系
頭が悪すぎて読みにくい >>60
なるほどね。酸化とかイオン化傾向
金の次に小さい。過酷な環境ね。 >>24
超薄膜化なんて量子閉じ込め効果とか量子サイズ効果とかの典型例じゃん
電子相関がバルクとは変わるから物性も変わる ■
すげぇー、なぁ
全固体Liイオン電池に
金属固体トランジスタ・・・スピンを制御して電流もどき？
コンピュータ部品で
シリコン使わなくても 全部出来ちゃう？みたいな。 この白金てプラチナのこと？それともなんちゃって白い金？ 薄膜だと高い電圧に耐えられないから高クロックで動かせないちゃうん？>>1 >>62
気相成長法だろうから成膜工程で間違いなくそれ以上のプラチナを蒸発させてる
ただしこの薄膜を作るプロセスを実現させるカネ（超高真空装置、薄膜成長過程のランニングコスト）に比べたら大した額じゃない 厚さで特性が変わるなら、微細化してその特性を、どこまで安定して維持できるか分かったもんじゃないな 薄い薄膜の2次元結晶にすると、白金などの持つｄ電子の軌道が結晶の面に垂直な
向きに上下に揃うだろうからな。
それにしても、トランジスターになるというのなら、その遮断周波数
（増幅に使える周波数帯域の上限の目安を与える）を述べて欲しい。 >>35
こういう超薄膜だと、下地層の影響で金属格子の原子間距離が普通と違う値になる。
そのせいで単独の金属とは全然違う特性が出たりするんだよ。
今回のも下地がYIGガーネットじゃなければ違う結果になっただろう。 >>83
だったら
量子論の計算で示してみろよ無能 >>90
プラチナだからスパッタで行けるでしょ
だけど超薄膜でも５×150位のターゲットは必要だからバカ高いのには変わらないんだけど この理論で行けば、プラチナじゃなくても出来る可能性はあるな >>98
YIGベースだし確かにスパッタでもいけるかもね
あとはどのくらい結晶成長の規則性が必要なのかだけど ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
