東京大学研究Discovery Saga

東京大学大学院工学系研究科の飯塚哲也教授と、張浩明大学院生らによる研究グループは、低ジッタと低スプリアスを同時に実現する位相同期回路（PLL：Phase-Locked Loop）の新方式を開発しました。無線通信機などで広く用いられる分数分周PLL（注4）では、回路構成上生じる量子化雑音（注5）による雑音性能の劣化が問題となり、これを抑制する手法が数多く提案されてきました。多くの既存技術では、その量子化雑音を特定の回路技術により打ち消す方式を採用していますが、回路性能の補正が必要となりPLLのロック時間が長くなるという欠点がありました。今...

キーワード：ロバスト/アーキテクチャ/スループット/通信品質/無線通信/信号処理/情報通信/デルタ/相補性/非線形/量子化/ノイズ/高周波/検出器/CMOS/トランジスタ/酸化膜/エネルギー効率/DSM/デジタル信号処理/デジタル制御/ナノメートル/ピコ秒/フェムト秒/共振周波数/周波数/集積回路/低消費電力/半導体/非線形性/イミン

他の関係分野：情報学複合領域数物系科学工学

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発表日：2026年1月22日

次世代半導体MoS₂の革新的ウエハースケール成膜技術を開発

―結晶成長の自己整合および自己停止メカニズムにより高移動度を達成―

物質・材料研究機構（NIMS）の佐久間芳樹NIMS特別研究員と東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻の長汐晃輔教授らの研究グループは、名古屋大学、筑波大学、東京エレクトロンテクノロジーソリューションズ（株）との共同研究により、有機金属化学気相成長法（MOCVD、注1）を用いた単層膜厚の二硫化モリブデン（MoS2）の成長に関して、サファイア基板上でのMoS2結晶粒の自己整合的な合体と成長膜厚の自己停止という2つの重要な成膜メカニズムを発見しました。これらのメカニズムを利用することで、単層MoS2単結晶膜をウエハース...

キーワード：モノのインターネット（IoT）/情報通信/金属元素/光エネルギー/時間分解/準安定/対称性/テクトニクス/差分法/高移動度/モリブデン/電子移動/有機金属化学/二次元材料/カルコゲナイド/ラマン/原子層/有機金属/光機能/CVD法/遷移金属/前駆体/DFT/MOSFET/エピタキシャル成長/トランジスタ/パワーデバイス/ファンデルワールス力/フォノン/光通信/遷移金属ダイカルコゲナイド/大規模集積回路/電子デバイス/特性ばらつき/二硫化モリブデン/半導体デバイス/半導体材料/微細化/機械的特性/温度依存性/発光ダイオード（LED）/半導体産業/STEM/エピタキシャル/ドメイン構造/界面エネルギー/光機能材料/単結晶/電子回折/電子状態/核生成/光学特性/CVD/シリコン/センサー/ナノメートル/ひずみ/レーザー/移動度/結晶化/結晶成長/結晶粒界/酸化物/集積回路/第一原理/第一原理計算/低消費電力/電子顕微鏡/透過電子顕微鏡/半導体/密度汎関数理論/量子力学/機能材料/マッピング/結晶構造

他の関係分野：情報学複合領域環境学数物系科学化学総合理工工学農学

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発表日：2025年11月27日

電界効果でイオンの流れを制御する新冷却技術

―半導体チップの局所冷却への応用に期待―

◆固体ナノポア※1とゲート電極を組み合わせたナノデバイスを開発し、電界効果によって液体中のイオンの流れを自由に制御することに成功 ◆電界制御下でイオンの流れによる冷却現象（イオン版ペルチェ効果※2）を実証し、従来に比べ冷却性能が大きく向上 ◆AIブームにより深刻化している半導体の「熱」問題を解決する新しい冷却技術として期待概要近年、AIチップや高性能パソコンなどの半導体は飛躍的に進化し、その利用は世界中で急速に拡大しています。ところが、性能の向上に伴い発熱量も急増...

キーワード：人工知能（AI）/水溶液/ホットスポット/トランジスタ/ナノデバイス/電界効果/シリコン/センサー/ナノスケール/ナノメートル/マイクロ/マイクロ流体/電解質/半導体/寿命/スマートフォン

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発表日：2025年11月23日

＼電子の波を自在に操る！／プラズモンの速さを共振器で制御

―プラズモン波束を用いた高忠実度な量子回路を実現する新技術―

◆ 電荷の集団的な波動であるプラズモン波束※1の固有状態※2（速度）を、共振器を用いて精密に制御する新手法の開発に成功。プラズモン波束の周波数分布と共振器の特性に着目し、局所的な制御で広範囲にわたるプラズモンの固有状態制御が実現可能であることを発見。◆ これまでプラズモン波束の固有状態（速度）は、波束の通り道全体の幅の変更で制御していたが、不純物などの影響で一様な精密制御は困難だった。◆ 新たな固有状態の制御技術は、プラズモン波束を用いた飛行量子ビット※3の精密制御に貢献。飛行量子ビットの高い忠実度...

キーワード：アーキテクチャ/人工知能（AI）/量子計算/離散化/2次元電子系/パルス/閉じ込め/量子コンピュータ/量子ホール効果/量子干渉/量子情報/量子情報処理/ホール効果/高周波/量子ビット/接合界面/AlGaAs/クーロン相互作用/トランジスタ/プラズモン/共振器/電子回路/量子デバイス/アルミニウム/周波数/半導体/量子力学

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発表日：2025年10月14日

キラルイオンゲート技術を世界初実証

――分子対称性によるトポロジカル表面磁性の超省電力制御に成功――

東京大学生産技術研究所の松岡秀樹特任助教と金澤直也准教授らの研究グループは、名古屋大学大学院理学研究科の須田理行教授、京都大学大学院工学研究科の関修平教授、東京大学大学院工学系研究科の岩佐義宏教授（研究当時）および同大学国際高等研究所東京カレッジの十倉好紀卓越教授と共同で、キラルな分子構造を持つイオン液体を用いた二次元磁性表面の制御手法を開発しました。　近年、スピントロニクスにおける新たな潮流として、分子や固体結晶のキラリティを活用するキラルスピントロニクスが注目を集めています。本研究では、キラルなイオン液体を電気二重層トランジス...

キーワード：電力制御/コンピューティング/効果測定/スピン偏極/トポロジー/バンド構造/異常ホール効果/幾何学/時間反転対称性/準粒子/対称性/非線形/表面磁性/表面状態/表面電子状態/陽電子/陽電子ビーム/ホール効果/異方性/超薄膜/輸送特性/磁場/超伝導/分子構造/アニオン/イオン液体/キラル/スキルミオン/トポロジカル/磁気異方性/磁性体/電気二重層トランジスタ/生産技術/接合界面/対称性の破れ/インターカレーション/貴金属/新物質/電気化学反応/キャリア/トランジスタ/フォノン/強磁性/磁化過程/絶縁体/超格子/電気二重層/力制御/エピタキシャル/エピタキシャル薄膜/電界効果/電子状態/スピン/スピントロニクス/ナノメートル/低消費電力/電気化学/電子ビーム/電磁誘導/カルス/機能性/キメラ/スキル/カチオン/ラット

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発表日：2025年10月5日

有機半導体で従来比10倍となる100 cm2V-1s-1超の移動度を達成

――熱振動を制御した分子設計最適化と次世代デバイス応用に期待――

東京大学大学院新領域創成科学研究科の竹谷純一教授、古川友貴大学院生、髙柳英明特任教授らの研究グループは、有機半導体単結晶において、100 cm2V-1s-1を超えるキャリア移動度の実測に世界で初めて成功しました。有機半導体単結晶は分子同士が弱いファンデルワールス力で結びついているため、熱振動が大きく、その結果キャリア輸送（注4）は熱振動に起因する散乱に強く制限されます。実際に、室温下において有機半導体単結晶のキャリア移動度は10cm2V-1s...

キーワード：最適化/効果測定/結晶格子/絶縁体-金属転移/電子相関/二次元結晶/半導体表面/閉じ込め/輸送現象/ホール効果/電気伝導度/輸送特性/磁場/分子構造/高移動度/イオン液体/有機半導体/電気二重層トランジスタ/キャリア/キャリア輸送/トランジスタ/ファンデルワールス力/フレキシブル/絶縁体/電界効果トランジスタ/電気二重層/電子デバイス/誘電体/量子エレクトロニクス/量子デバイス/量子井戸構造/ドーピング/単結晶/電界効果/電気伝導/スピン/ひずみ/プラスチック/移動度/半導体/有機物/量子井戸/機能性/結晶構造/層構造/分子設計

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発表日：2025年9月25日

高い光学異方性を備えた極細幅の無機ナノリボンを実現

――絶縁性のナノ空間を反応場とした精密合成――

東京大学大学院新領域創成科学研究科の中西勇介准教授、東京都立大学大学院理学研究科の田中拓実大学院生（研究当時）、古澤慎平大学院生（研究当時）、遠藤尚彦大学院生、名古屋大学大学院理学研究科の相崎元希大学院生（研究当時）、産業技術総合研究所材料・化学領域材料基盤研究部門の佐藤雄太研究グループ長、千賀亮典主任研究員、大阪大学産業科学研究所の末永和知教授、物質・材料研究機構ナノアーキテクトニクス材料研究センターの宮田耕充グループリーダーらの研究チームは、絶縁体かつ熱的・化学的に安定な窒化ホウ素（BN）ナノチューブを反応場として利用し、数ナノメートル（10億分の1メートル）幅の二硫化モリブデン...

キーワード：セレン/ラマン散乱/光検出器/対称性/二次元物質/テクトニクス/ラマンスペクトル/異方性/輸送特性/スペクトル/検出器/ディスプレイ/モリブデン/液晶/反応場/カルコゲナイド/ナノ物質/ラマン/電子線/材料科学/タングステン/気相反応/固体表面/遷移金属/テンプレート/トランジスタ/リソグラフィー/可視光/絶縁体/遷移金属ダイカルコゲナイド/層状物質/電子デバイス/二硫化モリブデン/TMD/構造モデル/ナノシート/ナノワイヤ/原子配列/電子構造/カーボン/CVD/カーボンナノチューブ/グラフェン/シリコン/センサー/ナノスケール/ナノメートル/ナノ空間/ナノ材料/ひずみ/結晶方位/構造制御/電子顕微鏡/熱処理/半導体/ナノチューブ/ホウ素/層構造/ラマン分光

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発表日：2025年9月4日

単一の半導体材料にて正孔と電子の異なる輸送異方性を実証

―分子半導体における理論予測を実証し、次世代電子デバイス開発の新たな指針を提示―

東京大学大学院新領域創成科学研究科の伊藤雅聡大学院生（研究当時）、同大学物性研究所の藤野智子助教（研究当時、現：同研究所　リサーチフェロー、横浜国立大学　准教授、科学技術振興機構　さきがけ研究者）、森初果教授、産業技術総合研究所の東野寿樹主任研究員、東京理科大学の菱田真史准教授の研究チームは、独自に開発した単一のアンバイポーラ（両極性）分子半導体において、正の電荷を持つ「正孔」と負の電荷を持つ「電子」がそれぞれ全く異なる方向に流れやす...

キーワード：再生可能エネルギー/高エネルギー/異方性/加速器/素粒子/放射光/輸送特性/太陽/ディスプレイ/分子配向/有機太陽電池/有機半導体/磁性体/電荷移動錯体/電子輸送/有機伝導体/有機電界効果トランジスタ/有機分子/電荷分離/キャリア/キャリア輸送/トランジスタ/フレキシブル/光吸収/絶縁体/単一分子/電界効果トランジスタ/電子デバイス/半導体材料/分子配列/有機EL/有機材料/電荷輸送/材料設計/太陽電池/単結晶/電界効果/電池/センサー/フレキシブルデバイス/結晶方位/積層構造/電荷移動/導電性/半導体/論理回路/配向性/機能性/結晶構造/技術革新/結晶性/プロトン/層構造/オリゴマー/プロトン移動

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発表日：2025年8月9日

スパッタ法を用いて高品質なScAlN薄膜の作製に成功

～成長温度の系統的変化が構造特性と電気特性に及ぼす影響を解明～

東京理科大学先進工学部マテリアル創成工学科の小林篤准教授、太田隼輔氏(2024年度学士卒業)らの研究グループは、スパッタ法を用いて、窒化スカンジウムアルミニウム(ScAlN)薄膜を高品質で作製することに成功しました。これにより、小型で高性能な次世代トランジスタの開発に大きく貢献することが期待されます。また、産業界で汎用されるスパッタ法を用いた薄膜作製技術は窒化物半導体材料全般に応用できる可能性を秘めており、エレクトロニクス分野全体にインパクトを与える重要な成果といえます。本成果は、東京大学(電気特性の測定補助及び解析)、住友電気工業株式会社(HEMTウェハの作製)との共同研究による...

キーワード：不完全性/効果測定/対称性/電気分極/電子線回折/非対称性/閉じ込め/誘電性/X線回折/ホール効果/高周波/電子移動/有機金属化合物/結晶構造解析/強誘電性/原子層/電子線/有機金属/材料科学/接合界面/超高真空/GaN/エピタキシャル成長/キャリア/スパッタ法/トランジスタ/バンドギャップ/ヘテロエピタキシー/メモリ/双極子/窒化物半導体/電子デバイス/半導体デバイス/半導体材料/分子線エピタキシー(MBE)/誘電体/エピタキシー/エピタキシャル/強誘電体/原子配列/窒化物/表面分析/不揮発性メモリ/光学特性/AFM/SiC/アルミニウム/シミュレーション/ナノメートル/移動度/結晶成長/原子間力顕微鏡/制御システム/半導体/平滑化/膜構造/マッピング/結晶構造/結晶性

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発表日：2025年7月8日

新規窒化物半導体ヘテロ接合における電子散乱機構を解明

―高周波GaNトランジスタの性能向上に道筋―

東京大学大学院工学系研究科の前田拓也講師、中根了昌特任准教授、久保田航瑛大学院生、若本裕介大学院生と住友電気工業株式会社は、新規窒化物半導体ヘテロ接合における二次元電子ガスの散乱機構を明らかにしました。本研究では、分子線エピタキシー（MBE）を用いて、窒化スカンジウムアルミニウム（ScAlN）と窒化ガリウム（GaN）の高品質なヘテロ接合を成長させ、そのヘテロ界面に誘起される二次元電子ガス（2DEG）の散乱機構が界面ラフネス散乱であることを明らかにしました。2DEGが高密度であるため、伝導帯の非放物線性による有効質量の増大（注4）を考慮する必要があることを指摘...

キーワード：衛星通信/無線通信/効果測定/低炭素社会/電子散乱/電子線回折/有効質量/誘電性/X線回折/ホール効果/高周波/輸送特性/衛星/数値計算/高移動度/圧電性/電子移動/強誘電性/原子層/電子線/電子輸送/ACT/接合界面/超高真空/電子物性/電子輸送特性/GaN/エピタキシャル成長/キャリア/トランジスタ/バンドギャップ/フォノン/ヘテロ界面/メモリ/酸化膜/窒化ガリウム/窒化物半導体/超格子/電子デバイス/半導体デバイス/不揮発メモリ/分子線エピタキシー(MBE)/低炭素/温度依存性/エピタキシー/エピタキシャル/ドーピング/窒化物/電界効果/AFM/SiC/アルミニウム/移動度/化合物半導体/携帯電話/結晶成長/原子間力顕微鏡/弾性波/窒化アルミニウム/半導体/量子井戸

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発表日：2025年4月12日

有機半導体における電子相関の発達を初めて観測

――電子相関発現のメカニズム解明と量子エレクトロニクスの発展に貢献――

東京大学大学院新領域創成科学研究科の竹谷純一教授、筑波大学数理物質系の石井宏幸教授、東京科学大学物質理工学院の岡本敏宏教授らの共同研究グループは、有機半導体に電荷キャリアを高密度に注入していくと、金属転移後、さらに電子相関効果が発達していく様子を世界で初めて明らかにしました。電子相関効果の理解は、現代物性物理学の中心課題の一つです。これまで電子相関効果は、分子1個あたり電荷キャリアが1個存在する有機導体などを中心に調べられてきました。本研究では元々電荷キャリアを持たない単結晶有機半導体に、今までにない高密度な電荷キャリア（4分子あたり1個の電荷キャリア）を注入（ドーピング）...

キーワード：効果測定/空間分布/2次元電子系/モット絶縁体/強相関電子/準粒子/絶縁体-金属転移/電荷秩序/電子相関/銅酸化物/二次元結晶/物性物理/閉じ込め/ホール効果/磁場/超伝導/アニオン/イオン液体/有機半導体/強相関/有機導体/キャリア/トランジスタ/高温超伝導/状態密度/絶縁体/理論解析/量子エレクトロニクス/量子デバイス/量子井戸構造/ドーピング/単結晶/電気抵抗/電気伝導/電子状態/スピン/酸化物/半導体/量子井戸/量子力学

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発表日：2025年4月8日

対称性の異なる半導体分子による超分子層配列の自己形成を発見

―溶媒不要な有機半導体の高均質塗布製膜が可能に―

東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の二階堂圭助教、井上悟助教（研究当時、現所属：山形大学有機エレクトロニクスイノベーションセンター研究専任准教授）と長谷川達生教授らの研究グループは、アルキル基により対称／非対称に置換した2種の有機半導体分子の混合体を加熱し溶融すると、冷却の過程で液晶相を介して、2種の分子がペアを形成する高秩序化が促されることを見出しました。この現象を利用し、溶媒を用いることなく有機半導体の高均質な塗布製膜に成功しました。分子形状が変形しにくく剛直なπ電子骨格（注4）と、変形しやすいアルキル基を連結した有機半導体分子は、層状に自己組...

キーワード：ウェアラブル/ウェアラブルデバイス/情報学/産学連携/結晶格子/ソフトマター/過冷却液体/準安定/対称性/熱容量/X線回折/相転移/π電子/分子構造/構造形成/自己組織/液晶/分子配向/有機エレクトロニクス/有機半導体/物質設計/過冷却/準安定相/熱物性/融点/前駆体/トランジスタ/ファンデルワールス力/フレキシブル/圧電効果/自己形成/単一分子/電気光学効果/電子デバイス/半導体デバイス/半導体材料/分子配列/有機トランジスタ/秩序構造/電気伝導/ナノメートル/プラスチック/フレキシブルデバイス/移動度/環境負荷/結晶化/結晶成長/時間依存性/水素原子/積層構造/電磁波/半導体/結晶構造/結晶性/炭化水素/層構造/組織化/超分子

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発表日：2025年1月6日

半導体露光プロセスのみで平面レンズを作製する手法を開発

——可視光平面レンズの大量生産を可能に——

東京大学大学院理学系研究科の小西邦昭准教授、山田涼平特任研究員（当時）らと、JSR株式会社の岸田寛之氏らによる研究グループは、半導体露光プロセスのみを用いて平面レンズを大量生産することが可能な手法を開発することに成功しました。光学レンズは長らく研磨技術で作製されてきましたが、近年、光の波長と同程度以下の大きさのサブミクロン構造を用いてレンズの機能を実現するメタレンズ...

キーワード：プロファイル/情報学/産学連携/パターン形成/数値計算/エッチング/ドライエッチング/トランジスタ/リソグラフィー/レンズ/可視光/微細化/紫外線/半導体産業/シミュレーション/スピン/センサー/光学素子/電子顕微鏡/電磁波/半導体/微細加工/微細構造/分解能/微細加工技術/干渉効果/ラット/スマートフォン

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