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量子ビーム科学部門

量子科学技術でつくる未来 超省エネスマホ(連載記事 全7回)

掲載日:2021年12月16日更新
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連載企画「量子科学技術でつくる未来」(第22回ー第28回)について

量子科学技術研究開発機構が進める事業や研究開発を広く一般の方にご紹介するため、2021年5月から日刊工業新聞の「科学技術・大学」面にて毎週木曜日に「量子科学技術でつくる未来」を連載しています。

スピンフォトニクス技術に関する連載(第22回ー第28回)では、スピンフォトニクス技術で実現される超省エネスマホを題材に最新の状況や様々な技術開発を解説しています。記事内容を掲載しますので、ぜひご覧ください。

その他の連載については、以下をご覧ください
核融合発電に関する連載(第1回ー第21回)
量子メスに関する連載(第29回-第38回)
標的アイソトープ治療に関する連載(第39回-第45回)
全自動インフラ検査に関する連載(第46回-第48回)

※新聞掲載版は各リンク先(日刊工業新聞HP)をご参照ください。

※日刊工業新聞社の承諾を得て掲載しております。
※新聞連載記事とは内容が一部異なる場合があります。

超省エネスマホ 第7回
陽電子で電子スピン分析

物質最表面電子スピンエネルギー分析装置 物質に対して反物質があると言うと、何やらSFの世界と思われるかも知れない。しかし、これは現実のことである。陽電子は電子の反物質で、質量以外、性質は全て電子と反対だ。つまり、電子と反対のプラス電荷を持ちスピンは逆向きに回転している。

 この陽電子を使うと、光や中性子とは全く異なる方法で物質中の電子のスピンを捉えることができ、次世代の量子スピントロニクス物質の研究開発において画期的な分析手法となる。量子科学技術研究開発機構(QST)では、陽電子を用いた電子スピン分析技術を世界に先駆けて開発している。​​→続き

執筆者:量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学部門 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部 プロジェクトリーダー 河裾 厚男(かわすそ・あつお)

■日刊工業新聞 2021年12月16日(連載第28回) 陽電子で電子スピン分析

超省エネスマホ 第6回
イオン注入、NVセンター精密配列

レーザー冷却単一イオン注入のイメージ 宝石の王様ダイヤモンドが超高感度センサーになり、そのセンサーの心臓となるのが窒素―空孔(NV)センターであることを以前紹介した。高感度で性能の良い量子センサーを作るにはNVセンターを精密に並べて作る技術がそのカギを握る。​

 量子科学技術研究開発機構(QST)では、イオン注入技術を進化させ、NVセンターを20ナノメートル(ナノは10億分の1)の間隔できれいに並べることを狙っている。その実現には、直径10ナノメートル程度の軌道の中で窒素イオンを飛ばして、窒素イオンを1個ずつダイヤモンドの狙った位置に打ち込み、NVセンターを1個ずつ作る究極のイオン注入技術の確立が必要になる。​​→続き

執筆者:量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学部門 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部 プロジェクトリーダー 鳴海 一雅(なるみ・かずまさ)

■日刊工業新聞 2021年12月9日(連載第27回) イオン注入、NVセンター精密配列

超省エネスマホ 第5回
レーザーでスマート加工

レーザー加工のメカニズム 半導体の超微細加工の光源としてEUV(極端紫外線)レーザーの開発が進むことを前回紹介した。レーザーによる微細加工技術は、半導体以外のさまざまな分野で新たな機能付与や少量多品種のスマート加工を可能にすると期待されている。量子科学技術研究開発機構(QST)では、文部科学省の光・量子飛躍プログラム(Q-LEAP)「先端レーザーイノベーション拠点『光量子科学によるものづくりCPS化拠点』」などに参画し次世代レーザー加工技術の開発を推進している。​​→続き

執筆者:量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学部門 関西光科学研究所 光量子科学研究部 上席研究員 乙部 智仁(おとべ・ともひと)

■日刊工業新聞 2021年12月2日(連載第26回) レーザーでスマート加工

超省エネスマホ 第4回
リソグラフィ技術

最先端リソグラフィ技術 進化するスマートフォンの機能に対応し、かつ、省エネを実現するには、電子回路の性能を上げることが不可避であり、より微細化・集積化した電子回路の設計・製作が必須となる。この電子回路を作るために不可欠な技術がリソグラフィ技術だ。

 この技術はレジストと呼ばれる材料(保護材)を半導体基板の表面に塗布し、レジストに形成したパターン越しに紫外光などを露光し、パターンの形状を半導体基板に転写した後、レジストを洗い流すなどの工程を行い、パターンに合わせて半導体表面をさまざまに加工することで半導体基板にさまざまな電子回路を集積できる。→続き

執筆者:量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学部門 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部 主幹研究員 山本 洋揮(やまもと・ひろき)

■日刊工業新聞 2021年11月25日(連載第25回) リソグラフィ技術

超省エネスマホ 第3回
量子ンセンシング ダイヤで超高感度

ダイヤモンド中のNVセンター ダイヤモンド。その光輝く姿は宝石の中の宝石ともいえ、多くの人を魅了している。このダイヤモンドが超高感度なセンサーとなることをご存知であろうか。それが今回のテーマ「量子センシング」である。

 ダイヤモンドは炭素原子だけで構成され、宝石の価値で言うと不純物を含まず、完全な結晶で、より大きなものが高価とされる。一方、量子センシングの観点での価値観はまったく異なる。顕微鏡で見なければいけないほど小さく、完全な結晶中に欠陥が存在することが重要なのだ。→続き

執筆者:量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学部門 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部部長 大島 武(おおしま・たけし)

■日刊工業新聞 2021年11月18日(連載第24回) 量子センシング ダイヤで超高感度

超省エネスマホ 第2回
2次元物質を磁気メモリーに応用

グラフェンとホイスラー合金からなる磁気メモリ基本構造

 今日、IoT(モノのインターネット)の普及に伴い身の周りで消費されるデジタルデータの量は年間数十%の勢いで増加している。増え続ける莫(ばく)大な情報を記憶するため、より大容量で電力消費が少ないメモリーの開発が必須となる。中でも、ハードディスクや磁気ランダムアクセスメモリー(MRAM)などの磁気メモリーは、電源がなくても情報を維持できる不揮発性という特長からIoT社会を支える記憶デバイスとして期待される。​→続き​​

執筆者:量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学部門 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部 プロジェクトリーダー 境 誠司(さかい・せいじ)

■日刊工業新聞 2021年11月11日(連載第23回) 2次元物質を磁気メモリに応用

超省エネスマホ 第1回
スピンフォトニクスで実現
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スピンフォトニクスデバイスのイメージ

 スマートフォンの進化は目覚ましい。スマホが1台あれば、情報の検索に始まり、メールの送受信にも不便はない。お財布機能で現金を必要としない生活も可能だ。新しいアプリも次々登場し、便利な機能がますます充実している。​→続き

執筆者:量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学部門 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部部長 大島 武(おおしま・たけし)

■日刊工業新聞 2021年11月4日(連載第22回) スピンフォトニクスで実現