tm_230111tohoku01東北大学大学院工学研究科電子工学専攻の加藤俊顕准教授らによるグループは2023年1月、同大学材料科学高等研究所、電気通信研究所、量子科学拠点（TQA）の大塚朋廣准教授らによるグループと共同で、グラフェン量子ドットデバイスの集積化合成技術を開発したと発表した。同一基板内に複数のデバイスを形成し、その半数以上でクーロンダイヤモンドを観測するなど、大規模集積化の可能性を実証した。

　研究グループはこれまで、2次元シート材料のグラフェンをナノメートル幅のリボン構造（疑似1次元化）にした「グラフェンナノリボン」を集積化合成する技術を独自に開発。この技術を用いて100万本のグラフェンナノリボンを98％の効率で集積化合成することに成功してきた。





　ところが、この方法で合成されるグラフェンナノリボンは、長さが数百nm～1μmの1次元構造となっており、詳細な量子ドットとしての振る舞いは解明されていなかったという。これに対し、グラフェンナノリボンの長さを短くして0次元構造に近づければ、より安定した量子ドットを形成できることが分かっていた。

　これを実証するため、Niナノバー長（LNi）を変化させて合成条件の最適化を行った。この結果、グラフェンナノリボンデバイスの作製効率は、LNiが短くなると向上することが分かった。また、15K（－258℃）以下の低温下で合成したグラフェンナノリボンの量子伝導特性を測定すると、LNiが100～200nmという条件下において、極めて良好なクーロンダイヤモンド特性を高い確率で観測することができたという。解析の結果から、グラフェンナノリボン中にできた幅の狭い局所構造が、0次元の量子ドットとして振る舞っている可能性があることを示した。