半導体量子構造の平衡・非平衡電子ダイナミクスの解明と量子制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13002002
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小宮山 進 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (00153677)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 生嶋 健司 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助手 (20334302)
• Keywords: 遠赤外イメージング / 2重量子ドット / 端状態 / 量子ドット / 単一光子検出 / 核スピン

Research Abstract

本年度は,前年度の研究を以下のように発展させた。
1.半導体単一量子ドット中のサイクロトロン共鳴吸収によって生成する励起電子の再結合寿命を,単一光子吸収による単電子トランジスターの電流on-off信号として直接観測し、スピン反転散乱のために量子ドット内部の励起状態再結合確率が極めて低く抑えられていることを明らかにした。
2.昨年度開発したSiソリッド・イマージョンレンズを用いた走査型遠赤外顕微鏡のレンズ系をさらに新たに改良し、分解能を改良(0.04mm)するとともに,格段(10倍程度)に明るい顕微鏡を開拓した。新顕微鏡を用いて量子ホール効果素子中の非平衡電子の空間的イメージング画像を今までに無い高密度で得ることができ、電子系のダイナミクスに関してより進んだ知見を得た。
3.昨年度進めた整数量子ホール系の端状態電子系の微細相互作用を利用する核スピン分極・制御の研究を、さらにパルス的な局所核スピン共鳴(NMR)に発展させ、目標の一つであったラビ振動の観測に成功した。
4.当初予定していた半導体の結合2重並列量子ドットがつくる分子状態の研究を開始した。2重量子ドット間の結合により生ずるよく知られた「蜂の巣」構造のブロック境界近傍のゲート電圧領域において、マイクロ波を照射することによってコヒーレントなトンネル結合が生じ、分子準位が生成されることを見出した。このことにより,並列量子ドットを量子ビットとして動作する基礎が得られた。

Research Products

• [Publications] O.Astafiev: "Far-infrared spectroscopy of single quantum dots in high magnetic fields"Phys. Rev. B. 65. 85315(1)-85315(4) (2002)
• [Publications] Y.Kawaguchi: "High-sensitivity quantum Hall far-infrared photodetector integrated with log-periodic antenna"Applied Physics Letters. 80. 3418-3420 (2002)
• [Publications] T.Machida: "Dynamic nuclear-spin polarization induce by scattering between fractional quantum Hall edge channels"Microelecctronics Engineering. 63. 63-68 (2002)
• [Publications] O.Astafiev: "Single-photon detector in the microwave range"Applied Physics Letters. 80. 4250-4252 (2002)
• [Publications] T.Machida: "Spin polarization of fractional quantum Hall edge channels studied by dynamic nuclear polarization"Phys. Rev. B. 65. 233304(1)-233304(4) (2002)
• [Publications] T.Machida: "Local control of nuclear polarization in quantum Hall devices"Appl. Phys. Lett.. 80. 4178-4180 (2002)
• [Publications] S.Komiyama: "Single-Photon Detection of THz-Waves Using Quantum Dots"Microelectronic Engineering. 63. 173-178 (2002)
• [Publications] T.Machida: "Coherent control of nuclear-spin system in a quantum-Hall device"Appl. Phys. Lett.. 82. 409-411 (2003)
• [Publications] 町田友樹: "分数量子ホール端状態における電子スピン-核スピン相互作用"固体物理. 37. 309-318 (2002)
• [Publications] 小宮山 進: "量子ドットを用いた超高感度テラヘルツ電磁波検出"レーザー研究(The Review of Laser Engineering). 30(7). 385-390 (2002)
• [Publications] T.Machida: "Manipulation and detection of nuclear spin polarization using integer quantum Hall edge channels"World Scientific. (in press). (2003)
• [Publications] T.Machida: "Electron-nuclear spin interaction in edge states of quantum Hall systems"J. Phys. Soc. Jpn. (in press). (2003)
• [Publications] T.Machida: "Hysteretic feature of quantum-Hall-effect breakdown caused by the dynamic nuclear polarization"J. Phys. Soc. Jpn.. (in press). (2003)
• [Publications] T.Machida: "Manipulation of local nuclear spin polarization in quantum Hall systems"Physica E. (in press). (2003)
• [Publications] T.Machida: "Pulsed-mode operation of nucelar spin polarization in integer quantum Hall systems"Physica E. (in press). (2003)
• [Publications] 町田友樹: "量子ホール端状態で核スピンを制御"パリティ. 18. 73-74 (2003)