2016 Fiscal Year Annual Research Report
シリコンMOS技術と整合性をもつスピン量子ビットとその大規模集積化
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15H04000
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大野 圭司 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, 専任研究員 (00302802)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | MOS素子 / スピン量子ビット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
短チャネルのシリコンMOFET素子における欠陥準位を介した量子ドット的電気電導について、得られた単一電子磁気共鳴スペクトルの詳細な解析と、連携研究者による数値計算との比較を行った。単一電子磁気共鳴スペクトルに現れる反交差構造がスピン・軌道相互作用に起因すること、スピン・軌道相互作用の大きさが最大値をとる反交差点において磁気共鳴信号が消失することが実験・理論両者において確かめられた。この結果はシリコンMOSFET素子はもちろんのこと、量子ドット素子や化合物半導体ナノワイヤ素子をも含めた過去の実験では確認できていなかったことであり、ナノ構造素子における電子・スピン相互作用のあらたな知見が得られたものと考える。この成果を論文にまとめPhys. Rev. Lett.誌に投稿した。現在レフェリーによる査読が進んでいる。
平行して、PIN型のMOSFET素子であるシリコントンネルFET素子における深い準位を介した量子ドット的電気電導を調べた。この素子において2重量子ドット的な単一電子電気伝導と、一部のソースドレイン電圧、ゲート電圧における非常に鋭い単一電子スピン磁気共鳴応答を観測した。磁気共鳴線幅は4MHzであり、おなじ天然シリコンを用いた先行するシリコン量子ドット素子で得られている線幅と同程度である。この磁気共鳴点において、昨年度構築したマイクロ波パルスを照射することで単一電子スピンのコヒーレント操作に成功した。コヒーレント時間はサブマイクロ秒であり、上記共鳴線幅とコンシステントである。
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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
目的に上げたMOS素子のスピンのコヒーレント操作に成功した。昨年度までの研究進捗の遅れは挽回できたと考える。連携研究者による理論研究との連携も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピンcouplerについては引き続き連携研究者との共同研究を推進する。MOS素子については2ビット操作を念頭においた2色電子スピン共鳴の実験を進める。また量子ビットと古典CMOS回路との連動に向けた予備実験も進めたい。
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