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シリコン量子ドット中のスピン状態に関する高速読み出し技術の開発と物理の解明

Research Project

Project/Area Number 16F16806
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Nanostructural physics
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

小寺 哲夫  東京工業大学, 工学院, 准教授 (00466856)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) TYLAITE EGLE  東京工業大学, 工学院, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2016-11-07 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2016: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Keywords量子ドット / 量子デバイス / スピン / 量子情報 / シリコン / 電荷センサ / 正孔
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、スピン状態を高速に読み出す技術を開発し、シリコン量子ドット中のスピンコヒーレンスの物理を解明することにある。本研究により、スピン軌道相互作用の大きさを定量的に評価し、さらに電場や磁場に対するスピン軌道相互作用の大きさやスピン緩和時間の依存性を得ることを目指している。
具体的には、MOS構造を利用したpチャネルの量子ドットを作製し、高速読み出しに使用する単正孔トランジスタを量子ドットの近傍に配置する。またスピンを高速に読み出すためのRF反射法を利用した測定系を構築し、既存のnチャネル量子ドットと対比させながら、新たに作製したpチャネル量子ドットにおけるスピンコヒーレンスに関わる物理を明らかにしていく。
本年度は、研究実施計画に沿い、作製した素子の評価を進めると同時に、測定系の構築を進め、RF反射法による測定を開始した。
2重量子ドットにおける正孔輸送特性の直接測定や、単正孔トランジスタによる電荷センシング測定に成功した。2重量子ドットにおける正孔輸送特性の直接測定では、スピンブロッケード現象を観測した。スピンブロッケード状態でわずかに流れるリーク電流の磁場依存性から、スピン軌道相互作用によってスピン緩和が起きていることを示唆する振る舞いが得られた。また、そのリーク電流の磁場依存性が、上部電極の電圧によって変調されることを観測した。電界によってスピン軌道相互作用を制御できている可能性がある。今後、スピン緩和時間やデコヒーレンス要因について調べることを目指し、RF反射法を用いた測定データの取得を行うことができた。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 3 results) Remarks (2 results)

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    • Author(s)
      Jun Yoneda, Kenta Takeda, Tomohiro Otsuka, Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Giles Allison, Takumu Honda, Tetsuo Kodera, Shunri Oda, Yusuke Hoshi, Noritaka Usami, Kohei M. Itoh, and Seigo Tarucha
    • Journal Title

      Nature Nanotechnology

      Volume: 13 Issue: 2 Pages: 102-106

    • DOI

      10.1038/s41565-017-0014-x

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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    • Author(s)
      Mizoguchi Seiya、Shimatani Naoki、Kobayashi Mizuki、Makino Takaomi、Yamaoka Yu、Kodera Tetsuo
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Issue: 4S Pages: 04FK03-04FK03

    • DOI

      10.7567/jjap.57.04fk03

    • NAID

      210000148957

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Charge sensing and spin-related transport property of p-channel silicon quantum dots2017

    • Author(s)
      Yamaoka Yu、Iwasaki Kazuma、Oda Shunri、Kodera Tetsuo
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 56 Issue: 4S Pages: 04CK07-04CK07

    • DOI

      10.7567/jjap.56.04ck07

    • NAID

      210000147634

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      T. Kodera, Y. Lu S. Oda
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      米田淳, 武田健太, 野入亮人, 中島峻, 大塚朋廣, Sen Li, 小寺哲夫, 樽茶清悟
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      M. Marx, J. Yoneda, T. Otsuka, K. Takeda, Y. Yamaoka, T. Nakajima, S. Li, A. Noiri, T. Kodera and S. Tarucha
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      日本物理学会 第73回年次大会
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      溝口 聖也、島谷 直樹、小林 瑞基、牧野 貴臣、山岡 裕、小寺 哲夫
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      島谷 直樹、山岡 裕、小寺 哲夫
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      第64回応用物理学会春季学術講演会
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      小林 瑞基、Tylaite Egle、島谷 直樹、山岡 裕、小寺 哲夫
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      第64回応用物理学会春季学術講演会
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      山岡 裕、岩崎 一真、小田 俊理、小寺 哲夫
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      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-15
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      島谷 直樹、山岡 裕、石原 良一、Aleksey Andreev、David Williams、小田 俊理、小寺 哲夫
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      第64回応用物理学会春季学術講演会
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      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-15
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  • [Presentation] Silicon Quantum Dot Devices for Spin Quantum Bits2017

    • Author(s)
      T. Kodera
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      2nd Global Congress & Expo on Materials Science and Nanoscience
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication and characterization of p-type heavily doped quantum dots2017

    • Author(s)
      S. Mizoguchi, Y. Yamaoka, T. Makino, N. Shimatani, and T. Kodera
    • Organizer
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2017)
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An isotopically-enriched silicon spin qubit with >99.9% fidelity and charge-noise-limited coherence2017

    • Author(s)
      J. Yoneda, K. Takeda, T. Otsuka, T. Nakajima, M. R. Delbecq, G. Allison, T. Honda, T. Kodera, S. Oda, Y. Hoshi, N. Usami, K. M. Itoh and S. Tarucha
    • Organizer
      3rd Conference and Workshop on Spin-Based Quantum Information Processing
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Physically-defined p-channel silicon double quantum dots with a charge sensor2017

    • Author(s)
      M. Kobayashi, E. Tylaite, N. Shimatani, Y. Yamaoka, and T. Kodera
    • Organizer
      3rd Conference and Workshop on Spin-Based Quantum Information Processing
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Charge-noise-limited coherence and three-nines fidelity of an enriched Si/SiGe spin qubit2017

    • Author(s)
      J. Yoneda, K. Takeda, T. Otsuka, T. Nakajima, M. R. Delbecq, G. Allison, T. Honda, T. Kodera, S. Oda, Y. Hoshi, N. Usami, K. M. Itoh, S. Tarucha
    • Organizer
      Silicon Quantum Electronics Workshop 2017
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microwave induced frequency shift and its quadrature compensation for Si/SiGe spin qubit2017

    • Author(s)
      K. Takeda, J. Yoneda, T. Otsuka, T. Nakajima, M. R. Delbecq, G. Allison, J.Kamioka, T. Honda, T. Kodera, S. Oda, Y. Hoshi, N. Usami, K. M. Itoh, S. Tarucha
    • Organizer
      Silicon Quantum Electronics Workshop 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hole transport properties in physically defined silicon quantum dots operating at 25 K2017

    • Author(s)
      N. Shimatani, Y. Yamaoka, R. Ishihara, A. Andreev, D. A. Williams, S. Oda, T. Kodera
    • Organizer
      The 22nd International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-22)
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transport Through Si QDs in Coulomb Blockade Regime: Theory and Experiment2017

    • Author(s)
      A Andreev, T-Y Yang, M F Gonzalez-Zalba, Y Yamaoka, T Ferrus, S Oda, T Kodera and D A Williams
    • Organizer
      International Workshop on Computational Nanotechnology
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  • [Presentation] 同位体制御Si/SiGe単一電子スピンの1/f電荷揺らぎによる位相雑音2017

    • Author(s)
      米田淳, 武田健太, 大塚朋廣, 中島峻, Matthieu R. Delbecq, Giles Allison, 本田拓夢, 小寺哲夫, 小田俊理, 星裕介, 宇佐美徳隆, 伊藤公平, 樽茶清悟
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
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  • [Presentation] シリコン量子コンピュータに向けた基盤技術開発2017

    • Author(s)
      小寺 哲夫
    • Organizer
      電子情報通信学会8月度シリコン材料・デバイス研究会
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      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] T2R2東京工業大学リサーチリポジトリ

    • URL

      http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherpublicationlist.cgi?q_researcher_content_number=CTT100574609

    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 東京工業大学 小寺研究室

    • URL

      http://www.quantum.ee.e.titech.ac.jp/

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2016-11-08   Modified: 2024-03-26  

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