2015 Fiscal Year Annual Research Report
半導体量子ドット/共振器ハイブリッド構造における単一スピンのコヒーレント制御
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15H02015
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
石橋 幸治 国立研究開発法人理化学研究所, 石橋極微デバイス工学研究室, 主任研究員 (30211048)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子ドット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では量子ドット中に閉じ込めた単一スピンとマイクロ波回路共振器中の光子との量子的な相互作用の実現を目指している。単一電子スピンと電磁界の磁場成分の相互作用は極めて小さいので、スピン軌道相互作用を介して電磁界の電界成分とスピンの相互作用の実現を試みる。量子ドットを形成するスピン軌道相互作用の大きな材料として、InSbナノワイヤとGe/Siコアシェルナノワイヤ（ホール系）を用いる。本年度は、コプレーナ導波路共振器中にナノワイヤ量子ドットを形成するデバイスプロセスの開発と、希釈冷凍機内でのマイクロ波透過特性の測定システムの構築を行った。
予備的な実験として、InSbナノワイヤ2重結合量子ドットを共振器中に作製し、マイクロ波透過特性の測定を行った。透過マイクロ波ので得られた共振周波数と位相に2重結合量子ドットに特有の電荷安定図を観測することができた。この予備的な実験では、少なくとも共振器中の電磁界と量子ドットの何らかの相互作用により、量子ドットの電荷状態が共振器特性に反映されることが分かった。
Ge/Siナノワイヤのスピン軌道相互作用はよくわかっていないので、磁気抵抗の測定を行い、反弱局在の効果からスピン軌道相互作用の強さを評価した。また、ナノワイヤに電界を印加することができる試料を作製し、反弱局在の電界依存性を調べた。
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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
本研究の第1の関門はデバイスプロセスの確立である。コプレーナ導波路の中にナノワイヤで量子ドットを作製するプロセスは何段階ものプロセスを経るため複雑である。まだまだ再現性の点で十分信頼性のあるプロセスを確立することができたとは言い難いが、測定可能なデバイスを作製できたことは今後につながる。また、希釈冷凍機中にマイクロ波配線を施し、測定システムを構築し、予備的な実験によって、量子ドットの電荷状態が共振特性に反映されることを確認することができた。これにより、研究を次の本格的な段階に進めることができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究により、基本的なデバイスプロセスを確立することができ、また、マイクロ波共振特性を極低温で測定することができるようになった。そして、2重結合量子ドットの電荷状態を共振特性を通して測定可能であることを明らかにすることができた。これにより、本格的な研究へ向けた準備が整ったといえる。予備的な実験では、ドット間の結合を変化させることができなかったので、共振器の周波数よりも2重量子ドットのエネルギーの方が大きくなっている状態しか実現することができなかった。興味のある領域は、これらが一致する状態（共鳴状態）であることから、デバイスプロセスの改良により、ドット間の結合状態を制御するようにする。共鳴状態における量子ドットの電荷状態と共振器の相互作用を調べる。スピンと共振器の相互作用を調べるためには、電荷状態とスピン状態を対応させることが必要である。このため、あらかじめ直流特性の測定によってスピン状態を知ったうえで、共振特性を調べる実験を行う。
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Research Products
(2 results)
