2015 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Science of hybrid quantum systems |
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15H05869
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
山口 浩司 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 上席特別研究員 (60374071)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 政宏 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (10466857)
本間 芳和 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 教授 (30385512)
有江 隆之 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80533017)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノデバイス / ナノマシン / ナノチューブ・フラーレン / 微小共振器 / 機械材料・材料力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体量子ドットと機械共振器の結合構造は、量子ハイブリッド素子の最も代表的な構造であり、その結合動作は本プロジェクトの推進の上で、最初の最も重要な達成目標の一つである。今期はこの量子ドットと機械共振器の結合構造において、機械振動子の希釈冷凍器温度における極めて微小な熱振動を検出することに成功し、また、逆方向の動作として、量子ドットの電子状態を変えることにより共振特性を制御することにも成功した。これらは、このハイブリッド素子の結合動作を確認したことに相当する。またGHｚ領域でのパラメトリック共振器についても、基礎検討を開始しており、基本プロセスが完了している。
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の研究に関しては、直径を制御したＣＮＴを用いた共振器を実現するための基礎技術として、カイラリティ選択CNTをシードとした再成長技術の検討を行った。また、測定系を改造し、直径の小さなＣＮＴの蛍光・ラマン散乱測定を可能にした。
フォノニック結晶に関する研究では、ハイブリッド量子系で扱うフォノンモードの高Q値化を行うための状態密度および熱流束スペクトルを計算できるシミュレーターを構築した。このツールを用いて様々な基本格子について系統的な情報を得ることができ、特にハニカム格子が、同一円孔半径で体積充填率が大きいにも関わらず、最も熱コンダクタンスの低減に効果的であることを見出した。
ナノカーボン材料の研究では、フォノン制御したナノカーボン材料として、同位体を面内に任意に配置したグラフェンだけでなく、欠陥をグラフェン内に人為的にコントロールして導入することによる熱伝導の低減手法を模索した。また同位体や欠陥の面内分布を可視化するための顕微ラマン分光装置、温度可変ステージを導入し、グラフェン内の熱伝導度を高精度で測定するための手法や、フォノン制御したグラフェンマイクロチャネルの熱電特性測定法を確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の研究実施計画に記載した量子ナノ構造にとらえられた単電子の機械共振器による検出に成功しており、順調な進展がみられる。またGHｚ領域での共振特性についても、基礎検討を開始しており、基本プロセスが完了している。
カーボンナノチューブに関する研究では、計画より遅れが見られている。カイラリティ保持再成長の収率が低く、直径の小さなCNTを用いた計測が進んでいないのが、その理由である。
フォノニック結晶の研究では、任意のフォノニック結晶構造で、状態密度と熱流束スペクトルを計算可能になったことで、ハイブリッド量子系に用いる機械振動子に合わせて構造設計ができる準備が整った。これと並行して、フォノニック結晶構造の断熱効果を測定できる極低温実験系の立ち上げをフォトン班の平川グループと共同で行った。
ナノカーボン材料の研究では、フォノン制御に向け様々な構造制御を用いたナノカーボン材料の作製、評価を進めており、概ね計画通りに進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回実現した化合物半導体フォノン共振器と半導体ヘテロ構造の融合素子をさらに発展させ、半導体量子ドット中のスピン物性などを機械共振器を用いて探索する手法を開拓していく。また、フォノン自体の量子力学的振る舞いを調べるため、GHzの周波数に至る機械共振器の実現を目指す。
カーボンナノチューブを用いた研究では、金属電極間への架橋構造の形成により、単一カーボンナノチューブ中でのフォトン、フォノン、電子のカップリングの評価を進める。さらに、大気イオンやDNA吸着を利用して励起子の次元性（0次元、1次元）を制御することにより、これらの相互作用を強める技術を構築する。
また、フォノニック結晶の研究では構築したシミュレーターを用いて、ハイブリッド量子系と外界を効果的に遮断するフォノニック結晶構造を設計、作製し、極低温実験系においてその効果を確認する実験を行う。
さらに、カーボンナノ材料の研究に関しては、超高感度センサ実現に向けた高Ｑ値化した共振器作製のために、より厳密に同位体の位置制御を可能にするボトムアッププロセスによる作製を行う。数十～数百ナノメートル周期の構造によるフォノン制御を実現するとともに、ナノメートルスケールでの同位体の面内可視化を他班と共同で進める。
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| Remarks |
マツダ研究助成奨励賞 野村 政宏, “マルチスケール階層構造を用いた高効率SiGe熱電変換ナノ材料の開発,” 公益財団法人マツダ財団 (2015)
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Research Products
(72 results)
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[Presentation] An electromechanical simulator2015
Author(s)
I.Mahboob,H.Okakmoto,H.Yamaguchi
Organizer
2015 International Symposium on Nanoscale Transport and Technology(ISNTT 2015)
Place of Presentation
Kanagawa,Japan
Year and Date
2015-11-18
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ⅲ-V semiconductor micro/nanomechanical resonators2015
Author(s)
H.Yamaguchi,D.Hatanaka,I.Mahboob, and H.Okamoto
Organizer
5th International Workshop on Epitaxial Growth and Fundamental Properties of Semiconductor Nanostructures(SemiconNano 2015)
Place of Presentation
Hisinchu,Taiwan
Year and Date
2015-09-07
Int'l Joint Research / Invited
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