小林研究室では、窒化物材料の結晶相、極性、局所構造およびヘテロ界面を制御し、半導体、強誘電体、超伝導体の機能を融合した新材料と電子デバイスの研究を行っています。比較的低い温度で高品質なエピタキシャル薄膜を形成できることも、スパッタ法の重要な特徴です。

超伝導体と半導体の融合

NbNなどの窒化物超伝導体は、量子コンピュータを構成する量子ビットや、光子一個を検出する受光素子への応用が期待されています。小林研究室では、NbNの結晶相を制御するとともに、AlNやGaNなどの窒化物半導体と高品質なエピタキシャル界面を形成する技術を開発しています。薄い窒化物半導体層を超伝導体で挟むことでジョセフソン接合を構成できるため、超伝導と半導体の機能を一つの窒化物ヘテロ構造に融合した新しいデバイスの実現を目指しています。

極性・強誘電性をもつ新しい窒化物の開発

AlNを基盤とする窒化物は、添加する元素や原子配列によって、分極、圧電性および強誘電性を大きく変化させることができます。小林研究室では、強誘電性ScAlNに加え、NbAlN、BAlN、ScAlGaNなどの新しい窒化物薄膜を作製し、その結晶構造、局所的な原子配列、極性と物性の関係を明らかにする研究を進めています。

分極制御窒化物ヘテロ構造と電子デバイス

極性をもつ窒化物をGaN上に積層すると、界面に高密度の電子を蓄積させることができます。小林研究室では、ScAlNやNbAlNをGaN系ヘテロ構造のバリア層として用い、格子整合、界面構造および二次元電子ガスの制御に取り組んでいます。これらの研究を通じて、高出力・高周波トランジスタや、分極反転によるメモリ機能を備えた電子デバイスの実現を目指しています。

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