産総研ら,電子を1個単位でオン・オフする変調技術を開発

産業技術総合研究所(産総研)と日本電信電話(NTT)は共同で,電流の最小単位である電子を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を開発した(ニュースリリース)。

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や,ナノ構造中で生じる物理現象を解明する基礎研究では,素子性能の評価や物理現象の観測のために,ナノ構造を流れるわずかな電流を精密に測定する必要がある。そのため,アトアンペア(aA)~fAといった極微小電流を精密に測定できる技術が重要となってきている。

また,直流電流だけでなく,キロヘルツ(kHz),MHzといった周波数帯域の微小な交流電流の測定も重要となってきている。しかし,既存の電流計測技術では,このような周波数帯域の交流の計測では不確かさが大きくなるなどの課題があり,正確で信頼できる基準交流電流の発生技術が求められていた。

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1個制御する技術は,極めて正確で信頼できる基準電流を発生する最良の手法となる。産総研では今回,周波数範囲が直流~MHzの交流電流を発生させるために,新しい動作原理の実証に取り組んだ。

今回,電子の密度を時間的に変化させる単一電子デジタル変調技術を開発し,電子数個レベルで正確な任意波形の電流を発生させることに成功した。発生させた電流を基準とすることで,直流(0Hz)~メガヘルツ(MHz)の周波数帯域で,フェムトアンペア(fA)(10-15A)以下の極微小電流を精密に測定できるようになる。

単一電子デジタル変調におけるビットエラーは発生した電流の精度を決める要因であり,今後は,ビットエラーの低減や評価の研究開発を行ない,発生した電流の振幅の精度を評価する。また,動作速度を向上させて電子1個を制御する周期を短くすることで,発生できる電流量を増加させることを目指すとしている。

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