2018 Fiscal Year Research-status Report
Electron-phonon coupled systems with phononic crystal resonators
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17K18751
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤澤 利正 東京工業大学, 理学院, 教授 (20212186)
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2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | フォノニック結晶共振器 / 電子フォノン結合系 / 量子ナノデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究「フォノニック結晶共振器による電子フォノン結合系」では、人為的に作製したフォノニック結晶によりフォノン分散関係を変調することや、フォノンを狭い空間に閉じ込めたフォノン共振器構造を用いることにより、電子格子相互作用を積極的に活用し、コヒーレントに結合した電子フォノン結合系を創生することを目的として研究を進めている。具体的には、AlGaAs/GaAs変調ドープヘテロ構造などの半導体表面に、人工的に設計された金属周期構造を作製することにより、表面フォノン（表面弾性波）を用いたフォノニック結晶を作製する。人工的に設計されたフォノン分散関係、人為的な欠陥によるフォノン共振器中に、二次元・一次元・零次元の低次元電子系を作り込むことにより、フォノンと電子の結合系を実現し、電子系の輸送特性やフォノンの伝搬特性などを評価することにより、電子フォノン結合系の研究を進める。
平成３０年度は、以下の研究を進めた。［１］GaAs上の金属材料の違いによるフォノン伝搬特性を評価し、GaAs上のTi薄膜によって、良好なフォノン共振器が得られることを明らかにした。［２］フォノン共振器中の二重量子ドットの特性の検討を進め、一電子系でのフォノン支援トンネル、二電子系でのスピン反転フォノン支援トンネルのデーターから、真空ラビ分裂の領域への設計指針を検討した。［３］フォノン共振器の閉じ込めモードを量子ドットに集中するためのフォーカシング共振器構造の設計・試作をおこなった。［４］量子ホールエッジチャネルにおけるホットエレクトロンに対して、エッジポテンシャルの調整により光学フォノン散乱を抑制し、長距離の弾道的伝導が観測できることを示した。
これらの研究により、電子フォノン結合系の研究が着実に進行している。
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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
平成３０年度は、下記の研究成果を得た。［１］GaAs上の表面弾性波フォノン共振器について、金属材料の違いによるフォノン伝搬特性を評価した。GaAs上のTi薄膜は、フォノン伝搬速度の変化が小さく、自由表面と金属表面の境界によるフォノン反射係数が大きくとれるため、フォノン共振器の作製に適していることを示した。さらに、二次元電子ガス上のフォノン共振器に対して、局所的な時間分解ピエゾポテンシャル測定により、良好な共振特性を示すことを明らかにした。［２］フォノン共振器中の二重量子ドットにおいて、一電子系では明瞭なフォノン支援トンネルが、二電子系ではスピン反転フォノン支援トンネルを観測することができる。特にスピン反転フォノン支援トンネルの共鳴条件から、ラビ分裂の様子を観測できる。これらの結果から、真空ラビ分裂の領域に至るための設計指針について検討を進めた。［３］フォノン共振器の閉じ込めモードを量子ドットに集中するためのフォーカシング共振器構造の設計・試作をおこない、その基本特性を評価した。良好は共振特性を示すものの、最適な条件を得るために、引き続き試料作成条件を探る必要がある。［４］量子ホールエッジチャネルにおけるホットエレクトロンの光学フォノン散乱について、エネルギー分光測定によって系統的に調べた。光学フォノン散乱速度はエッジポテンシャルのビルトイン電場に比例することから、電場を低減することで、光学フォノン散乱を抑制することができ、長距離の弾道的伝導が観測できることを示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度の結果をもとに、フォノニック結晶共振器による電子フォノン結合系の研究を進める。GaAs上のTi薄膜を用いたフォノン共振器構造・フォーカシング共振器構造について、結合モード解析によるシミュレーションと、マイクロ波帯での散乱特性の測定から、フォノン共振器の設計指針を得る。これらの技術を用いて、二重量子ドットを作り込んだ電子フォノン結合系の素子を作製し、電子格子相互作用による電子フォノン結合系の研究を進める。また、新しい研究の方向性として、量子ホール系とフォノン系との結合素子の作製に着手し、ピエゾ効果によって電子系とフォノン系との結合を目指す。表面弾性波の散乱測定によって、フォノン系の時間反転対称性に関する知見を得る。
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| Causes of Carryover |
H30年度は、既存の素子を用いた低温測定を中心に研究を進めたこと、理論検討・シミュレーションなどによる研究を進めたことにより、予算に余裕が生じた。H31年度には、これらの知見をもとに、微細構造の設計・作製を行なう予定であり、フォトマスクの作製、電子ビーム露光や電子顕微鏡の利用料に予算を使う予定である。また、希釈冷凍機の測定系の改良や液体ヘリウム購入の費用にも充てる。
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