インタビュー: Prof. Christoph Stampfer,RWTHアーヘン

こんにちはクリストフ、私たちはあなたがまだチューリッヒ工科大学にいた、チューリッヒインスツルメンツの初期の頃からあなたを知っています。当時、最初のグラフェン量子ドットを作成したときに、不思議な材料であるグラフェンを利用可能にすることに取り組んでいました。それから何が変わりましたか？フィールドはどのように進歩しましたか？

多くのことが変わりました。 2007年にグラフェン量子ドットの製造を開始したとき、グラフェンはまだ非常に新しい材料と見なされていました。特に、それは人々が作業した唯一の二次元材料でした。グラフェンの一種の絶縁兄弟である六方晶窒化ホウ素（hBN）がアリーナに入ったのは2010年だけでした。現在、半導体、超伝導体、強磁性体など、多くの利用可能な2D材料があります。そして、乾式転写プロセスが確立されるまで2013年までかかりました。これは、高品質のグラフェンベースのデバイスを製造するための真の重要なステップです。 SiO 2上のグラフェンからhBN /グラフェン/ hBNヘテロ構造に移行すると、合成グラフェン、つまり化学気相成長法で成長したグラフェンに基づくデバイスの電子品質も劇的に向上しました。現在、私たちは日常的に室温キャリアの移動度を約100,000 cm 2 /（Vs）のオーダーで達成でき、他のすべての既知の材料よりも優れています。これにより、グラフェンは、高周波電子機器および集積オプトエレクトロニクスの分野での用途に非常に興味深い材料となっています。 EUグラフェンフラッグシッププロジェクトでは、これを実現するために大きな努力が払われました。 2年前、アーヘングラフェン＆2Dマテリアルセンターも設立し、基礎科学から応用までのギャップを埋めました。

より基本的な観点からは、ファンデルワールス力が弱いため、2Dマテリアルをほぼ任意に積み重ねることができるのが特に興味深いと思います。これにより、研究者は超格子を作成し、モアレパターンに関連する興味深い物理学を観察できます。最近では、マジックアングル（約1.1度）を持つねじれた2層グラフェンの超格子が超伝導性と相互作用誘起絶縁状態を引き起こしました。これは本当に驚きであり、現代の固体物理学がいかにエキサイティングであるかの典型的な例です。現在、この分野ではかなりの研究努力が行われています。たとえば、ドイツでは、「 2D材料-ファンデルワールス[ヘテロ]構造の物理学」に関する優先プログラムが最近設立されました。

グラフェン量子ドットで何が起こったのですか？あなたはまだこの分野で働いていますか？

このギャップのない材料に電子を閉じ込める数少ない方法の1つである、エッチングされたグラフェンナノ構造にきれいな量子ドットを得ようと長年取り組んだ後、二層グラフェンに移行しました。二層グラフェンでは、垂直電界を印加することでバンドギャップを開くことができます。これにより、この材料の反転対称性が破られ、電子の静電閉じ込めが可能になります。実際、これは長年にわたって知られていましたが、実際に動作させるにはhBNと超フラットグラファイトゲートの導入が必要でした。現在、このようなシステムに取り組んでいるグループは、ETH Zurichと私たちのKlaus Ensslinのグループを含めて約3つあり、このシステムがどれほどクリーンであるかを見るのは素晴らしいことです。現在、このような量子ドットで単一電子の占有を日常的に達成できる段階にあり、スピンおよびバレーキュービットに対する適合性のベンチマークを設定できるように、システムを理解しようとしています。

Zurich Instrumentsのロックインアンプの完全なセットがあります。仕事でどのように役立ちますか。

高度に調整可能なグラフェン共振器を含む、グラフェンベースのナノ電気機械システムの実験を行っています。この実験でUHFLI 600 MHzロックインアンプの使用を開始したのは、他の誰もこのような測定周波数範囲を提供していなかったためです。現在、2台使用しており、このタイプの実験を拡張しています。また、グラフェンおよび二層グラフェン量子デバイスに関するいくつかの実験で研究室で使用されているMFLIロックイン増幅器もいくつかあります。ごく最近、私たちはZurich InstrumentsからAWGを入手し、2層グラフェンの潜在的なスピンおよび谷量子ビットの物理学を理解するのに役立てました。

これは魅力的なように思えますが、キャリアのどのようにしてこの時点に到達しましたか？科学者としてのあなたの旅について教えてください。

私は何回か科学を逃れようとしましたが、結局は残りました。私はイタリア語圏（南チロル）でドイツ語圏で育ち、学校の最後の5年間で工業高校に行き、そこで工業用電子技術者になるためのトレーニングを楽しみました。幸いなことに、この学校を卒業して大学に行くことができました。しかし、スイスのETHチューリッヒはMaturaを受け入れなかったため、ウィーンに行き、TU Wienで電気工学を学ぶことにしました。 2学期の半導体デバイスコースで、教授は私に技術物理学を勉強するよう説得しました。理論物理学の修士論文で学位を取得しました。マイクロエレクトロニクスの分野で働くという計画を維持するため、機械工学とプロセス工学に切り替え、ETH ZurichのChristofer Hieroldのグループに行き、マイクロシステムとナノシステムの技術の博士号を取得しました。その後、機械工学とプロセス工学の部門から物理学の部門に移り、クラウス・エンスリンとポスドクをやりました。これは、低温で働くのが初めてでした。 2009年にアーヘンに移り、アーヘン大学RWTHのジュニア教授の職に就きました。 2013年に幸運なことに教授になりました。

また、教育的な側面にも大きな関心を持っています。物理アプリPhyphoxについてもう少し教えてください。

Phyphox は物理的な電話実験の略で、スマートフォンを小さな物理実験室に変える高度なセンサーアプリです。これにより、学校レベルと大学レベルの両方で科学を教えることはまったく新しいひねりを加えます。このアプリは本当にあなたをすぐに探検家に変え、実験をしてあなたの好奇心を生きることができます。 2015年に第1学期の実験物理学の入門講義を準備するとき、私は自分に実験をやる気にさせるにはどうすればいいのかと自問しました。私の経験では、実験を見ることは現実を実際には反映していません。これが私がスマートフォンで実験を始めた方法です。兄と一緒に家で最初に行った実験：スマートフォンをペーパーロールに入れ、床を転がして、データを分析しました。素晴らしく興味深いデータのセットがどれだけ早く得られたかを見るのは素晴らしいことでした。実験物理学の講義で一種の「反転した教室」で実際に使用できるように、より専門的にすることにしました。

学生はこのアプリでの作業が好きです。 Phyphoxアプリは2016年9月にリリースされました。現在、850.000以上のインストールがあり、アプリは16言語に翻訳されています。これは無料で提供され、無料を維持します。実際、オープンソースプロジェクトになりました。

あなたにとってスポーツとアートはどういう意味ですか？

私にとって、スポーツと芸術は科学と非常に関連しています。私は競技という点でスポーツが好きで、スポーツをする人と仕事をしたり、協力したりするのが好きです。スポーツには、やる気と健全な競争にプラスの影響を与える精神があると思います。私の子供の頃、私はほぼ7年間スキーレースをしていましたが、それに関連するトレーニングは私をかなり形作りました。また、芸術は創造性に関連しているため、科学においても重要です。特にチューリッヒで博士号を取得していた頃は、非常に活動的で、私はかなり絵を描いていました。私は今でも美術展に参加して、フィギュアに素敵なカラースケールを選ぶのが大好きですが、それは学生があまり評価しないことではあります。

Christoph Stampfer RWTHアーヘン大学の第2物理学研究所の量子デバイスおよび2D材料グループの責任者です。彼の研究は、グラフェンおよび関連する2D材料、量子輸送および量子技術への応用に焦点を当てています。