京大ら，1nm半導体量子細線の作製に成功
京都大学，東京大学，独フランクフルト大学は，グラファイト基板上に塩化ルテニウム（半導体）のナノ量子細線を作製する手法を発見した（ニュースリリース）。
半導体製造において，現在主流の電子ビーム・リソグラフィなどでは，細線の幅や間隔が10nm未満のいわゆる量子細線パターンを作製することは難しい。一方，ゼロから細線を形成・合成していくボトムアップ法では，原子サイズの量子細線を作製することも可能だが，均一な細線の作製やその配置が課題となっている。
そこで自発的に細線を形成し，なおかつそれらの細線が規則的に配列する例として，熱帯魚の縞模様やヒョウのまだら模様などを例とするチューリングパターンが期待されるが，この機構が原子スケールで起こりうるか，そして原子レベルの量子細線を作製することができるかは未知の問題だった。
そこで研究グループは，パルスレーザー堆積法を用いて高品質の塩化ルテニウム（RuCl3）薄膜をグラファイト基板表面に蒸着し，得られた試料の表面を原子分解能で観察した。
通常の薄膜成長では，核となる原子を中心にクラスターが形成される島状成長や，一層ごとに膜が成長する膜状成長が起きる。しかし，今回，幅が原子数個分のβ-RuCl3量子細線が周期的にならんだ構造が基板表面に形成された。
この量子細線は幅が原子数個分だが，その長さは1μm以上にも及ぶ。また，蒸着時間や基板の温度を変えることでこれらの量子細線の幅と間隔をチューニングできる。さらに，X字やY字のジャンクション・リング・渦巻き模様も形成された。これらは量子回路，光感応デバイス，原子コイルなどの応用が考えられる。
研究グループは渦巻き模様を含むいくつかのパターンに注目し，この量子細線パターンの形成機構は非平衡プロセスである可能性が高いことを明らかにした。これは，従来考えられていた限界を超える，原子スケールのチューリングパターンによる量子細線形成を示唆する。
さらに，トンネル伝導度の実験と理論的なバンド計算を比較することで，β-RuCl3の量子細線はモット絶縁体であることも明らかにした。これまでの実験では実現や測定の難しかった特殊な状態がこの系で生じている可能性があるとする。
この成果は，量子細線パターン自身を回路とするだけではなく，リソグラフィ用のマスクとし，グラフェンなどの他の物質を微細加工することも考えられる。研究グループは，得られた量子細線では特異な現象，例えば，朝永・ラッティンジャー液体と呼ばれる電荷とスピンが分離した状態や，トポロジカル量子コンピュータの実現に必要なマヨラナ粒子などが出現している可能性もあるとしている。
쿄토대등, 1 nm반도체 료코 가는 선의 제작에 성공
쿄토 대학, 도쿄대학, 독일 프랑크푸르트 대학은, 그라파이트 기판상에 염화 르테니움(반도체)의 나노 료코 가는 선을 제작하는 수법을 발견했다(뉴스 릴리스).
반도체 제조에 대하고, 현재 주류의 전자빔·리소그래피등에서는, 가는 선의 폭이나 간격이 10 nm미만의 이른바 료코 가는 선 패턴을 제작하는 것은 어렵다.한편, 제로로부터 가는 선을 형성·합성해 나가는 보텀 업법에서는, 원자 사이즈의 료코 가는 선을 제작하는 것도 가능하지만, 균일한 가는 선의 제작이나 그 배치가 과제가 되고 있다.
거기서 자발적으로 가는 선을 형성해, 게다가 그러한 가는 선이 규칙적으로 배열하는 예로서 열대어의 줄무늬나 표범의 아직들 모양등을 예로 하는 튜링 패턴이 기대되지만, 이 기구가 원자 스케일로 일어날 수 있는인가, 그리고 원자 레벨의 료코 가는 선을 제작할 수 있을까는 미지의 문제였다.
거기서 연구 그룹은, 펄스 레이저 퇴적법을 이용해 고품질의 염화 르테니움(RuCl3) 박막을 그라파이트 기판 표면에 증착 해, 얻을 수 있던 시료의 표면을 원자 분해가능으로 관찰했다.
통상의 박막 성장에서는, 핵이 되는 원자를 중심으로 클러스터가 형성되는 섬 형상 성장이나, 한층 마다 막이 진`뛰어나는 막상 성장이 일어난다.그러나, 이번, 폭이 원자 몇 개분의β-RuCl3 료코 가는 선이 주기적으로 되지 않아다 구조가 기판 표면에 형성되었다.
이 료코 가는 선은 폭이 원자 몇 개분이지만, 그 길이는 1μ m이상에 달한다.또, 증착 시간이나 기판의 온도를 바꾸는 것으로 이러한 료코 가는 선의 폭과 간격을 튜닝 할 수 있다.게다가 X자나 Y자의 교차점·링·소용돌이 모양도 형성되었다.이것들은 료코 회로, 광감응 디바이스, 원자 코일등의 응용을 생각할 수 있다.
연구 그룹은 소용돌이쳐 모양을 포함한 몇개의 패턴에 주목해, 이 료코 가는 선 패턴의 형성 기구는 비평형 프로세스일 가능성이 높은 것을 분명히 했다.이것은, 종래 생각되고 있던 한계를 넘는, 원자 스케일의 튜링 패턴에 의한 료코 가는 선 형성을 시사한다.
게다가 터널 전도도의 실험과 이론적인 밴드 계산을 비교하는 것으로, β-RuCl3의 료코 가는 선은 못트 절연체인 일도 분명히 했다.지금까지의 실험에서는 실현이나 측정의 어려웠다 특수한 상태가 이 계로 생기고 있을 가능성이 있다로 한다.
이 성과는, 료코 가는 선 패턴 자신을 회로로 하는 것 만이 아니고, 리소그래피용의 마스크로 해, 그라펜인 어느 다른 물질을 미세 가공하는 일도 생각할 수 있다.연구 그룹은, 얻을 수 있던 료코 가는 선에서는 특이한 현상, 예를 들면, 도모나가·랏틴쟈 액체로 불리는 전하와 스핀이 분리한 상태나, 트포로지칼 콴텀 컴퓨터의 실현에 필요한 마요라나 입자등이 출현하고 있을 가능성도 있다고 하고 있다.