計算速度を既存の100万倍にする技術が「グラフェン」を用いることで実現する可能性があるという研究結果

結晶中の電子の「バレー自由度」を用いてデバイスに応用する「バレートロニクス」は、次世代の電子デバイスに要求される低消費電力・大容量化などを実現できるとして昨今盛んに研究が行われています。インド工科大学ボンベイ校のM.S.Mrudul氏らは、これまで困難とされてきたグラフェンでのバレー制御を実現したと報告し、現代の100万倍の計算速度を実現する技術の成功可能性を示しました。

OSA | Light-induced valleytronics in pristine graphene
https://doi.org/10.1364/OPTICA.418152

Graphene Valleytronics: Paving the Way to Small-Sized Room-Temperature Quantum Computers | Industrial Research and Consultancy Centre
https://rnd.iitb.ac.in/research-glimpse/graphene-valleytronics-paving-way-small-sized-room-temperature-quantum-computers

エレクトロニクスの分野においては、電子の持つ電荷の自由度だけでなく、スピンと呼ばれる電子の自転のような自由度を用いる「スピントロニクス」などが、HDDなどの電子デバイスに応用されています。

スピントロニクスに継ぐ新たな技術として用いられようとしているのがバレートロニクス。材料のエネルギーと波数の関係を示したバンド構造のうち、エネルギーバンドの極小値を示す円すい状の「バレー」と呼ばれる部分のどこに電子が入るかの自由度を用いる技術です。

バレートロニクスの実現にはバレー自由度を有する物質などを用いる必要がありますが、一般の物質はこれを持ち合わせていません。そのため、バレートロニクスでは、バレー自由度を有している原子並みに薄いハニカム構造のシート状物資「グラフェン」を用いた研究が行われています。

by LSHTM IDM102

しかし、グラフェンはその特異な金属状態やカイラル対称性という性質から、単体でのバレーの制御は困難だとされてきました。そこで、Mrudul氏らは光を使用したグラフェンのバレーを利用する方法を考え出しました。

Mrudul氏らによると、グラフェンが持つ三角格子に従い、2つのレーザー光線の偏光を調整することにより、バレーの分極を引き起こし、炭素原子間の対称性を破ってバレーの異方性領域を活用することができるようになるとのこと。これにより、情報を効果的に「書き込む」ことができるようになり、理論的には現代の100万倍以上の計算速度を実現するバレートロニクスが可能になるとのことです。

Mrudul氏らは、グラフェンでのバレーの制御の最も魅力的な側面の1つは室温で実行可能なことだとし、一般の小型の汎用量子コンピューターの実現可能性が見えたと述べました。