2022 Fiscal Year Annual Research 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 – 2023-03-31
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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きた。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した。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てきた。
当初の計画であるフォノン共振器中の量子状態制御は、共鳴フォノン支援トンネルやフォノンによるラビ分裂の観測など一定の成果を納めた。フォノン共振器構造の改良により大きなバンドギャップを得るに至ったものの、真空ラビ分裂を得ることは困難であった。その後、光学フォノン散乱の抑制によるホットエレクトロンの弾道的伝導の研究を進めるとともに、量子ホール状態で絶縁化したバルクを表面弾性波ポテンシャルで電荷輸送を制御する研究を開始した。まずは、整数量子ホール系での実現が第一段階であり、コルビノ型の試料により微小電流を検出できる素子を設計・作製した。ゲート電極パターンの工夫により表面弾性波ポテンシャルを変調し、表面弾性波励起の電荷輸送を観測するに至った。今後も研究を進め、素子構造の最適化や極低温での測定により、単一電荷輸送、さらに分数量子ホール系で期待される単一分数電荷輸送の実現を目指す。
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