電子1個でオン・オフ制御可能に―次世代素子開発に貢献：産業技術総合研究所
(2018年2月2日発表)
（国）産業技術総合研究所は2月2日、電子を1個ずつ送り出し、どんな波形の電流も発生させることに成功、電子1個単位でオン・オフ制御を実現できる技術を開発したと発表した。千兆分の1A（アンペア）以下という極微の電流の精密測定に利用できるほか、メモリーの低消費電力化を目指すスピントロニクスなどの次世代素子の研究開発に役立つと期待している。
素子作りや物質制御をナノメートル（1nm（ナノメートル）は10億分の1m）単位で微細化しようというナノテクノロジーの進展に伴い、微小電流計測の重要性はますます高まると予想されている。そのため産総研は、日本電信電話（株）のNTT物性科学基礎研究所と共同で新技術の開発に取り組んだ。
電流は「1秒間あたりに流れた電子の個数」で決まるため、電子を1個ずつ制御する技術は信頼性の高い基準電流を発生する最良の方法とされている。これまで産総研は一定周期で電子を1個ずつ送り出して正確な直流電流を生み出す技術を開発してきたが、今回はその技術を基盤に正確な交流電流の発生に着手した。
交流電流の発生には、送り出す電子1個1個の間隔を調整することで実現できる。そこで研究グループは、デジタル信号の1と0を電気信号のオン・オフに対応させるデジタル変調に注目、オンの密度分布を制御して任意波形を発生させることにした。電気的な制御で電子を1個ずつ送り出せる単一電子素子を半導体基板上に作製、任意の交流電流を発生できるかどうか実証実験を試みた。
その結果、微細加工で作った単一電子素子の電極に電圧をかけることで、電子を1個ずつ送り出せることを確認。さらに電子1個だけを含む電流パルスを送り出す頻度、つまり電子の密度も自由に変化させることができた。そのため直流から周波数がMHZ（メガヘルツ）領域までの任意波形の交流電流を高い精度で発生できることもわかった。
今回の成果について、産総研は「電子1個単位でオン・オフ制御できる単一電子デジタル変調技術が実現できた」と言っている。今後は動作速度を向上させて電子1個を制御する周期を短くし、発生電流量を増やす方針だ。
