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島田研究室    
―メゾスコピック系物性研究室―
Experimental Mesoscopic Physics Group, Department of Engineering Science, UEC Tokyo
 
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島田研究室のご紹介

島田研究室は、情報理工学部/情報理工学研究科の実験物理工学系の研究室です。
研究対象はメゾスコピック系と呼ばれる、ミクロとマクロの中間領域の固体中の電子物性です。
(それで、研究室の別名が、「
メゾスコピック系物性研究室」と言います。)
固体と言っても、金属・半導体・超伝導体・磁性体といろいろありますが、これら全てが対象です。 
メゾスコピック系の研究にどんな意義があるのか?このサイズだと電子系の量子効果が顕著になります。
たとえば、狭い領域に電子が閉じこめられると、電子のエネルギー準位は、原子などと同じように離散的
になります。そして、メゾスコピック・デバイスでは、そのような電子系にマクロな電極を付けて計測ができる
というわけです。
また、メゾスコピック系は、ミクロ世界を司る
量子力学とマクロ世界と司る古典力学とのつながりを
調べる舞台にもなっているのです。

メゾスコピック系はスケールでは、ナノ・デバイスと言えます。現在私たちの研究室で作る素子の
典型的な最小サイズは100nmです。
下の写真は、これまで研究を行ってきた素子の一例です。

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直流電流転写素子(量子電流ミラー素子)    量子電流ミラー効果を用いた微小電流2倍器       走査顕微鏡用のファイバープローブ(試作品)

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単一電子トランジスタ電位計を配された強磁性細線  金電極のナノ・ギャップ               微小電流10倍器(第一号)

       
   環境インピーダンスを制御した1次元接合列     改良型の微小電流10倍器                       興味深い性質を示すAlVAl超伝導単一電子トランジスタ

島田研究室の研究活動

新奇な現象を期待出来るメゾスコピック・デバイスを作製し、
希釈冷凍機を使った極低温における計測
によって、デバイスの特性を調べます。そこには、デバイス内部で電子系が示している
量子効果が反映
され、時として、思いも寄らない結果が現れます。そこから、現象の本質を抽出し、電子物性としての特徴を
明らかにします。そして、そこに、有意性があれば、それを積極的に使った新しいデバイスを作製してゆく。
そんな研究活動を行っています。

素子作製は、417実験室と隣の東8号館
SVBL(サテライト・ベンチャー・ビジネス・ラボラトリ)の設備を使って行い、
極低温計測は、417あるいは106/107実験室の希釈冷凍機(417:
80mK, 106/107:40mK)を使って
行います。現状では直流から3GHzというマイクロ波領域までの測定ができます。

発足以来、水柿研究室と共同研究を
行っています。
微細素子の作製についての共同作業や、研究室合同セミナー、また随時情報交換を行っています。
水柿先生とは、Sweden Goeteborg にある Chalmers大学のPer Delsing教授(現ノーベル物理学賞選考委員)の
研究室で同じ頃在外研究をしたのがご縁で、現在の共同研究に至っています。
2012年2月には、Chalmers大学のTord Claeson教授(元ノーベル物理学賞選考委員)
の訪問を受けました。
2015年度から、セミナーは小久保研とも合同で行うことになりました。
基盤理工学専攻内の超伝導デバイスグループということになるでしょう。

海外共同研究
2015年から台湾中興大学の郭華丞(Watson Kuo)教授グループと微小Josephson接合列に関して共同
研究を行うことになりました。両大学間の大学院生の行き来も始まっています。
2015年度は夏に台湾の大学院生が2人滞在し、島田研で実験を行いました。
秋には、島田研の大学院生が中興大学に滞在し、実験技術を学んできました。
2016年度後期は、Mexico Polytechnique Institute からの交換留学生が滞在しました。

2016年度の勉強会
    超伝導勉強会   (B4、水柿研、小久保研と合同:守屋先生)
    統計力学勉強会  (B4+M1)
    固体量子工学   (B4、島田担当)
    超伝導のBCS理論 (M1、M2担当)
    シミュレーション勉強会(有志)
2017年度の勉強会
    量子力学勉強会(「ハイゼンベルク形式による量子力学」)(B4+M1)
    超伝導勉強会   (B4、水柿研、小久保研と合同:守屋先生)
    固体量子工学   (B4、島田担当)
    超伝導のBCS理論 (M1、M2担当)