2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation and control of hole spin dynamics in quantum structures
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20H00237
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小寺 哲夫 東京工業大学, 工学院, 准教授 (00466856)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大塚 朋廣 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (50588019)
武田 健太 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (80755877)
溝口 来成 東京工業大学, 工学院, 研究員 (90848772)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子ドット / シリコン / ゲルマニウム / 量子情報 / スピン軌道相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、量子構造中の正孔スピンダイナミクスの物理を解明し、その制御原理を示すことである。特に、スピンと軌道の自由度、及び相互作用の制御がその要素となる。スピンと軌道の間に働く相互作用は、結晶や構造の局所的な性質に依存するため、ナノ寸法の量子構造で重要となる。本研究で新たに開発するゲルマニウム量子ドット系と我々がこれまで開発してきたシリコン量子ドット系とを比較することで、普遍的な物理を解き明かすことを目指す。このために、独自に有するダイナミクス測定法を用いて、量子構造中のスピン軌道相互作用を電気的に制御し定量評価する計画である。本年度の研究実施計画は、下記の通りであり、順調に進展させることができた。
・上部にゲート電極を取り付けた量子ドット素子の改良を行った。普遍的な物理を解明するため、シリコンとゲルマニウムの２つの材料を用いて、量子ドットを作製しているが、昨年度までの結果に基づき、デバイス構造や界面の改良を行った。
・スピン軌道相互作用の統一的な理解を目的として、極低温下で量子ドットの電気特性評価を行った。静磁場下で共鳴した高周波電場を印加し、印加時間に応じた振動を観測した。スピン軌道相互作用の影響による量子状態間の遷移を考慮することで、正孔スピン系のコヒーレントな振る舞いとしてこの振動をモデル化できた。
・ダイナミクス測定のための要素技術として、高周波電圧操作を用いたスピンの操作や読み出し技術の開発・改良を行った。また、集積量子ドット素子の高速調整・安定動作のため、機械学習による量子ドット調整技術の研究に取り組み、素子の電荷状態を自動制御する技術を開発し、量子状態の安定化のためのフィードバック系の構築を行った。
本年度は、上記について、順調に推進することができた。特に、スピンのシャトリングや量子誤り訂正の実証など、当初の計画以上の成果を得ることができた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Long-term characteristic stabilization of a semiconductor double quantum dot based on a multi-dimensional gradient descent technique2022
Author(s)
C. Wen, H. Takahashi, S. I. Ibad, S. Nishiyama, K. Kato, Y. Liu, S. Murakami, T. Mori, R. Mizokuchi, J. Yoneda, T. Kodera
Organizer
2022 International Conference on Solid Device and Materials (SSDM 2022)
Int'l Joint Research
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