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IBS、固体表面上の単一原子の特性を観察する技術を開発

走査型トンネル顕微鏡と電子スピン共鳴技術を結合して測定


大徳所在のIBS(基礎科学研究院)は同研究院量子ナノ科学研究団のアンドレアス・ハインリヒ団長研究チームが米国IBMアルマデン研究所と共同で固体の表面上に置かれた単一の原子の特性を精密に観察する技術を開発したと10月19日に発表した。

原子の核スピン(磁性の基本単位)が出すエネルギーは非常に弱くこれまで数百万個の原子核の信号を一度に読んで特性を推測するしかなかった。核スピンは超小型メモリーの有力な候補だがこれまで正確な特性が明らかになっていなかった。

研究チームは走査型トンネル顕微鏡(STM)と電子スピン共鳴(ESR)技術を結合してエネルギー分解能(精密度)を1万倍高めた。核磁気共鳴画像法(MRI)で身体内部を診断するように固体の表面上の原子一個の核スピンを測定することが可能になった。

研究チームは核スピンと電子スピンの間の極めて微細な相互作用を土台に鉄(Fe)とチタン(Ti)の同位元素のうち核スピンをもつ同位元素を区別することに成功した。研究チームはまた-271.95℃の極低温、超高真空状態で実験した結果、原子の位置によって超微細な相互作用が変化することを明らかにした。

本研究ではこれまで統計的に推測してきた固体基盤の物質の電磁気的特性を単一原子のレベルで確認、量子力学的知識を検証するための技術的土台を提示した。これは今後、個別の原子が記録装置や回路になる次世代電子素子の設計の核心原理として使用できる。量子コンピュータ用の素材を選別する技術としても応用できる見通し。

アンドレアス・ハインリヒ研究団長は「本研究は多数の原子の特性をもとに使われた既存の物理学的知識を検証するための技術的基礎ができたという点に意味がある。現在の物理理論を超える新たな素材を発掘する研究の突破口を提示できた」と話している。

研究成果は『Science』電子版に10月19日付で掲載された。






[2018-10-24]

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