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　ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、慶應義塾大学 理工学部物理情報工学科の牧 英之　准教授らは、シリコンチップ上で動作する高速なグラフェン発光素子を開発しました。その発光素子を使った光通信を実演するとともに、光のオン／オフを高速に変化（高速変調）できるメカニズムも新たに発見しました。
　现在光源として主に用いられている化合物半导体は、シリコンチップ上で高密度に集积することが困难であり、光集积回路の実现を阻む要因の１つとなっています。
　本研究グループは、新たな材料系としてナノメートルサイズで制御できる炭素材料であるグラフェンを用いることにより、シリコン上に直接形成可能で超小型の新しい発光素子の开発に成功しました。この発光素子は、黒体放射であるにもかかわらず、応答时间が１００ｐｓ（１００亿分の１秒。変调速度で１０ＧＨｚ（ギガヘルツ）相当）という超高速で変调可能であることを実験的に明らかにするとともに、この高速変调性が、量子的な热输送により実现していることも発见しました。さらに、この発光素子を用いて、実际に光通信を実演するとともに、化学気相成长（ＣＶＤ）によるアレー化（多数の素子を配列すること）や大気中での动作が可能であることも示しました。
　本発光素子は、シリコン上に集积可能な、高速で超小型の光源として、光インターコネクトやシリコンフォトニクスといった、高集积光技术に応用できると期待されます。
　本研究は、九州大学 グローバルイノベーションセンターの吾郷 浩樹　教授と共同で行ったものです。
　本研究成果は、２０１８年３月２９日（英国時間）発行の国際科学誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」に掲載されました。

図１　グラフェン発光素子
左図：グラフェン発光素子の模式図。
右図：グラフェン発光素子の発光の様子（赤外カメラ像）。

図２　グラフェン発光素子の高速発光特性
左図：１ｎｓ（青）と１０ｎｓ（赤）幅の电圧印加时の発光の时间分解测定结果。高速な発光応答が観测される。
右図：高速変调のメカニズムとなる表面极性フォノンによる热输送の模式図。