高エネルギー加速器研究機構は3月5日、東北大学などの研究グループが同機構の放射光科学研究施設「フォトンファクトリー」で、エレクトロニクスの限界を超える次世代技術「スピントロニクス」の産業化に道を開いたと発表した。産業化に不可欠な材料開発の鍵となる技術の開発に見通しを得たもので、電子素子の省エネ化に有力な革新的スピントロニクス素子や超高速の量子コンピューター実現の可能性が広がるという。
　研究したのは、東北大学の佐藤宇史准教授らと大阪大学の瀬川耕司准教授らの研究グループ。
　スピントロニクスは、電子の電荷としての性質だけを利用するエレクトロニクスに対し、電子が持つ磁石としての性質「スピン」も一緒に利用しようという新分野。研究グループは、その産業化に必要な材料「トポロジカル絶縁体」の電気的な特性の制御に成功した。
　この物質は、内部は電気を通さないが、表面には電気を流す金属状態が現れる特殊な性質を持つ。研究グループは、トポロジカル絶縁体として、まずビスマス・テルルのビスマスをアンチモンに、テルルをセレンに部分的に交換した物質の大型単結晶作りに成功、その電子状態をフォトンファクトリーの放射光で詳しく調べた。
　その結果、アンチモンとセレンの組成を同時に調整することで、結晶内部の絶縁性を保ったまま表面の性質を自由にp型、n型半導体に変えたり、結晶表面で電気を運ぶキャリア量を自由に制御したりできることを突き止めた。
　エレクトロニクスでは、シリコン素子でキャリア制御に成功したことが爆発的な半導体技術の発展につながった。今回、トポロジカル絶縁体で同様の制御が実現できたわけで、研究グループはこの成果を次世代トポロジカル絶縁体素子の開発指針とすれば、スピントロニクスの産業応用に大きな突破口が開けると期待している。

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