表面弾性波による半導体量子構造の電子状態の観測と制御

• Project/Area Number: 19204033
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology (2008-2009); NTT Basic Research Laboratories (2007)
• Principal Investigator: 藤澤 利正 Tokyo Institute of Technology, 極低温物性研究センター, 教授 (20212186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 熊田 倫雄 日本電信電話株式会社, NTT物性科学基礎研究所・量子固体物性研究グループ, 研究主任 (30393771)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥45,500,000 (Direct Cost: ¥35,000,000、Indirect Cost: ¥10,500,000); Fiscal Year 2009: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2008: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2007: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000)
• Keywords: 物性実験 / 半導体物性 / メゾスコピック系 / 量子ドット / 低温物性

Research Abstract

本研究は、半導体量子構造における電子状態と表面弾性波(SAW)フォノンとの相互作用を研究し、電子状態を観測するスペクトロスコピー技術の確立や、電子格子相互作用の人為的制御を目指すものである。SAWのみならず、量子ホール領域で試料端を伝搬するエッジマグネトプラズモン(EMP)や、印加した高周波電界など様々な時間依存ポテンシャルによる効果を視野に入れ、二次元量子ホール系と零次元量子ドット系という代表的な量子構造での研究を進めている。今年度は、試作したSAWキャビティの評価、SAW伝搬のシミュレーションのほか、結合二重量子ドットの相関トンネリングの観測、EMP波束のスクリーニング効果、二層系量子ホール状態に関する成果を得た。主な内容は下記のとおりである。
1:結合二重量子ドットの電流ドラッグ効果:2つの二重量子ドット素子を流れる電流の相関に注目し、非常に大きな電流ドラッグ効果が得られることを示した。空間的に離れた2つの電子が同時にトンネルする2種類のコトンネリングを利用して、正または負の相関をもつドラッグ電流を得ることが出来る。その電流値の比は30%に達し、電流ミラー素子などへの応用が期待される。
2:EMP伝搬速度のメカニズム:我々は、量子ホールエッジ状態を伝搬するEMPの群速度がゲート電圧に依存することを見いだし、可変遅延制御素子として働くことを示してきた。そのメカニズムを検討し、ゲート電極による遮蔽効果が主な原因であることを確認した。ゲート電圧の変化によって、エッジチャネルと金属電極との距離が遠くなると、遮蔽効果が薄れ速度が上昇すると考えられる。このことは、複数のエッジチャネルに速度差が生じることを示唆しており、発展性が見込まれる。

Research Products

• [Journal Article] Correlation Measurement of Time-Dependent Potentials in a Semiconductor Quantum Point Contact (2009)
  • Author(s): H.Kamata, T.Ota, T.Fujisawa
  • Journal Title: Japan.J.Appl.Phys 48
  • NAID: 210000066660
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-Dependent Local Potential Induced by Scanning Gate Microscopy (2009)
  • Author(s): Z.Z.Wang, D.M.Chen, T.Ota, T.Fujisawa
  • Journal Title: Japan.J.Appl.Phys 48
  • NAID: 210000066659
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electric Field Induced Nuclear Spin Resonance Mediated by Oscillating Electron Spin Domains in GaAs-Based Semiconductors (2008)
  • Author(s): N. Kumada, T. Kamada, S. Miyashita, Y. Hirayama, T. Fujisawa
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. 101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction of a 2-level system with 2D phonons (2007)
  • Author(s): W.J.M. Naber, T. Fujisawa, H.W. Liu and W.G. van der Wiel
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings, W. Jantsch and F.S chaffler(Eds.), Melville/New York(2007). 893 Pages: 755-755
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 量子ホール状態における電子波束伝播の時間分解測定 (2009)
  • Author(s): 鎌田大, 太田剛, 村木康二, 藤澤利正
  • Organizer: 物理学会(28aTX4)
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] 半導体結合量子ドットによる量子情報デバイス (2009)
  • Author(s): 藤澤利正
  • Organizer: シリコンナノテクノロジー研究集会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-03-16
• [Presentation] Velocity Controlled Delay Line for Electron Wavepacket in the Quantum Hall Regime (2009)
  • Author(s): H. Kamata, T. Ota, K. Muraki, T. Fujisawa
  • Organizer: Int. Symp. Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2009)
  • Place of Presentation: Atsugi, Japan
• [Presentation] Correlated Coherent Oscillations in Coupled Semiconductor Charge Qubits (2009)
  • Author(s): G. Shinkai, T. Ota, T. Hayashi, T. Fujisawa
  • Organizer: Int. Symp. Nanoscale Transport and Technology(ISNTT2009)
  • Place of Presentation: Atsugi, Japan
• [Presentation] Nuclear Magnetic Probing of Electron Spin Physics in Quantum Hall Systems (2009)
  • Author(s): N. Kumada, K. Muraki, T. Fujisawa, Y., Hirayama
  • Organizer: Int. Symp. Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2009)
  • Place of Presentation: Atsugi, Japan
• [Presentation] Demonstration of first- and second-order coherent oscillations in semiconductor charge qubits (2009)
  • Author(s): G. Shinkai, T. Ota, T. Hayashi, T. Fujisawa
  • Organizer: Int. Symp. Nanoscience and Quantum Physics(nanoPHYS' 09)
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
• [Presentation] Dynamics of electron transport in semiconductor nanostructures (2009)
  • Author(s): T. Fujisawa
  • Organizer: Int. Symp. Nanoscience and Quantum Physics(nanoPHYS' 09)
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
• [Presentation] 静電的ゆらぎによる二重量子ドット電荷量子ビットのデコヒーレンス (2008)
  • Author(s): 新海剛, 太田剛, 林稔晶, 藤澤利正
  • Organizer: 物理学会20pYF-11
  • Place of Presentation: 岩手
  • Year and Date: 2008-09-20
• [Presentation] 半導体ポイント接合の時間依存ポテンシャルの相関測定 (2008)
  • Author(s): 藤澤 利正,梶浦 亮,鎌田 大,太田 剛
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2008-03-27
• [Presentation] Electric-field-induced nuclear spin resonance mediated by the hyperfine interaction (2008)
  • Author(s): N. Kumada, T. Kamada, Y. Hirayama, S. Miyashita, T. Fujisawa
  • Organizer: International conference on the physics in semiconductors (ICPS-29)
  • Place of Presentation: Rio de Janeiro, Brazil
• [Presentation] Controlled coherent oscillations in electrostatically-coupled qouble-quantum-dot qubits (2008)
  • Author(s): G. Shinkai, T. Ota, T. Hayashi, T. Fujisawa
  • Organizer: International conference on the physics in semiconductors (ICPS-29)
  • Place of Presentation: Rio de Janeiro, Brazil
• [Presentation] Correlation Measurement of Time-dependent Potentials in a Semiconductor Point Contact (2008)
  • Author(s): H. Kamata, T. Ota, T. Fujisawa
  • Organizer: Int. Conf. Solid State Materials and Devices (SSDM2008)
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
• [Presentation] Time-dependent Local Potential Induced by Scanning Gate Microscopy (2008)
  • Author(s): Z. Wang, D. Chen, T. Fujisawa
  • Organizer: Int. Conf. Solid State Materials and Devices (SSDM2008)
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
• [Remarks]
  • URL: http://fujisawa.phys.titech.ac.jp/