Control of single electron charge-spin-phonon dynamics in the terahertz frequency range

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H02732
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Nanostructural physics
• Research Institution: Tohoku Institute of Technology
• Principal Investigator: Shibata Kenji 東北工業大学, 工学部, 准教授 (00436578)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 量子ドット / トランジスタ / テラヘルツ

Outline of Final Research Achievements

Electrical manipulation and read-out of quantum states in zero-dimensional quantum dots (QDs) by nanogap metal electrodes is expected to bring about innovation in quantum information processing. In this study, we fabricated single QD transistors for the manipulation of single spin states in the terahertz frequency range. Narrow gap III-V compound semiconductors, such as InAs, InSb, and GaSb are used as the QD material in order to utilize the strong spin-orbit interaction in them. We also demonstrated the electrical modulation of conductance in the metal quantum point contacts for the electrical readout of the quantum states in the fabricated QD transistors. These works are opening a way for novel quantum information applications on QD systems.

Free Research Field

ナノエレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

単一の自己組織化量子ドットを用いた量子情報処理デバイスにおいて、１つの電子やスピン、光子に情報機能を持たせるための研究をおこなった。特に、テラヘルツ光による単一スピンの高速回転を実現するために、強いスピン軌道相互作用を有するInAsやInSb、GaSbなどの半導体を用いた単一量子ドットトランジスタの作製に関する研究を行うと同時に、その量子状態の検出のために用いる高感度電荷検出器の実現に関する研究を行った。
本研究の成果は、テラヘルツ光による高速な単一電荷・スピン・フォノンの制御とそれによる情報機能の創製を行う試みであり、未開拓の周波数帯であるテラヘルツ帯での量子情報処理への貢献が期待できる。