ナノスイッチが初めて実現した、電荷を持たない量子情報キャリアの指向性・ゲート制御フロー(Nano-switch achieves first directed, gated flow of chargeless quantum information carriers)

2025-09-11 ミシガン大学

ミシガン大学の研究チームは、電荷を持たない量子準粒子「エキシトン」の流れを室温で方向制御かつゲート操作できるナノスイッチを世界で初めて実証した。エキシトンは電子と正孔の対で、電流のように電荷を運ばないため抵抗や発熱を伴わず情報伝達が可能とされる。従来は低温条件下でしか制御が困難だったが、本研究ではナノ構造を利用して流路と強度を自在に切り替えることに成功した。これにより、電子を用いない「エキシトニクス」回路開発への道が開かれ、超低消費電力の情報処理、発熱抑制、さらにはディスプレイや光電変換デバイス、量子情報技術への応用が期待される。本成果は電子工学の限界を突破する新概念技術として注目されている。

<関連情報>

ナノエンジニアリングによる光励起子スイッチ Nanoengineered Optoexcitonic Switch

Zhaohan Jiang,Matthias Florian,Zidong Li,Kanak Datta,Mackillo Kira,and Parag B. Deotare
ACS Nano  Published: August 31, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.5c05057

Abstract

ナノスイッチが初めて実現した、電荷を持たない量子情報キャリアの指向性・ゲート制御フロー(Nano-switch achieves first directed, gated flow of chargeless quantum information carriers)

The efficiency of most electronic devices is limited by scattering and capacitive losses among purely electronic processes. Charge-neutral excitons could reduce both losses and, thus, offer more efficient switching pathways. However, it remains challenging to achieve exciton transport that is fast, guided, and unidirectional enough for gating processes. We have overcome these obstacles by photonically nanoengineering exciton–photon coupling in a two-dimensional monolayer to create a strong opto-excitonic force capable of driving rapid and long-distance exciton drift transport under ambient conditions. Implementing this strategy, we have demonstrated an optoexcitonic switch along a one-dimensional (1D) exciton guide, with gating performance already rivaling that of state-of-the-art electronic switches. Our work establishes the basis for room-temperature implementation of opto-excitonic circuits.

0403電子応用
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