近年來，半導體奈米微細加工技術已接近心極限。路塹材料表面製造電路的「自上而下法」，已經很難製造出細線寬度和間距小於10奈米（十億分之一米）的量子細線圖案。另一方面，從零開始形成和合成細線的「自下而上法」，雖然可以實施原子尺寸的細線設計，但在如何製造出均勻的細線和佈線方面還存在很多課題。
京都大學研究生院理學研究科的淺場智也特定副教授、松田佑司教授等人組成的研究團隊着眼於熱帶魚的條紋圖案和花豹斑紋擁有的、在兩種物質反應和擴散時自動出現的空間圖案「圖靈斑圖（Turing Pattern）」，使用雷射束在短時間内反復照射，使圖案沉積物在基底層上的薄膜製造方法——「脈衝雷射沉積法」，在石墨基底層上成功蒸鍍上了氯化釕薄膜。
石墨基底層表面上排列的原子圖案的STM影像（左）。從廣域STM影像中可以看到量子細線形成X形、Y形交叉及環形圖案（右）。
用掃描隧道顯微鏡（STM）觀察基底層表面，可以觀察到氯化釕量子細線形成週期性排列構造。該量子細線非常細，厚度和寬度只有大約1奈米，但其長度卻超過了1微米（百萬分之一米）。此外，透過改變蒸鍍時間和基底層溫度還可以調節細線的寬度和間距，不僅可以形成條紋圖案，還可以形成X形、Y形和環形等圖案。
該研究成果爲奈米超微細加工技術提供了新的視角，並有望應用於基於圖案形成的量子電路、光敏元件和原子線圈等用途。此外，在基礎研究方面，也爲探索新奇的物理可用能現象提供了一個有意思的舞臺。
TEXT：橫井Manami
原文：JSTnews 2023年8月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
