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量子ドット研究の黎明期 ~2023年ノーベル化学賞への一感想~

 2023年のノーベル化学賞は「量子ドットの発見と合成」で米国在住の3氏に授与されました。「量子ドット」は、本学 ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構 荒川 泰彦 特任教授(本学 名誉教授、元 本所 教授)が1980年以来、光デバイス研究の一環として中心に据えてきたテーマでした。そのアナウンスに驚きを感じたのは、日刊工業新聞社の記者として、長年、荒川特任教授の研究活動を見てきた筆者だけではないと想像します。

 今回の受賞者の一人であるAlexei I. Ekimov氏(研究当時は旧ソ連ヴァヴィロフ国立光学研究所研究員)は、ガラス中に分散した「半導体ナノ粒子」のサイズと発光波長の依存性の実験を通じ、電子の3次元閉じ込め効果が半導体ナノ粒子で実現されていることを見出しました。一方、荒川特任教授は本学 榊 裕之 名誉教授とともに1982年にApplied Physics Letters誌(APL)に、量子ドット(当初は量子箱と呼ばれました)の概念とレーザへの応用を提案しました。Ekimov氏らは材料の光学的性質の実験的探究により、荒川特任教授らは、電子の運動自由度を究極的に制御する量子構造の物理の創成により、独立にそれぞれ3次元量子閉じ込め構造である量子ドットの概念に到達したといえます。

 荒川特任教授らは、APLに発表する前の1981年3月に国内の応用物理学会でも量子ドットの提案を紹介しました(和文の講演予稿の投稿は同年1月に行われました)。一方、Ekimov氏らの論文は、露語で1981年7月に投稿され同年9月に公表されましたので、荒川特任教授らが6か月早かったという見方もすることができます。                       

今回のノーベル化学賞により、量子ドットが広く世の中に認知されたことは大変意義深いといえます。今後この分野がますます発展することを期待しています。

(ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構 シニア協力員(元 本所 特任研究員)男澤 宏也)

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半導体中の電子の3次元量子閉じ込め効果(量子ドット)を初めて論じた第28回応用物理関係連合講演会予稿集の写し(1981年3月)。この成果は、強磁場実験による実験的検証も含めて1982年のApplied Physics Letters誌に出版された(1)。なお当時は、学会の予稿は手書きであったことにも注目いただきたい。

参考文献:(1)Y. Arakawa and H. Sakaki, Appl. Phys. Lett. 40, 939 (1982)

集合写真.png
2004年7月23日の第一回江崎玲於奈賞授賞式における荒川特任教授(左から7人目)。江崎 玲於奈 博士(左から4人目)と本賞の共同受賞者である榊名誉教授(左から6人目)とともに。

第一回江崎玲於奈賞 研究主題
『半導体ナノエレクトロニクス素子の先駆的研究,特に,量子細線・量子ドット構造素子研究における先駆的貢献』

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