2013 Fiscal Year Annual Research Report
位置制御シングルモード量子ドット・量子リングの伝導制御とその応用
| Project/Area Number |
25246004
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 量子ドット / 量子ナノ構造 / 単一電子トランジスタ / テラヘルツ電磁波 |
|---|
| Research Abstract |
自己組織化InAs量子ドットのように電子準位が1モード（またはごく少数のモード）しか含まないような極限ナノ領域では、その物理が量子力学に支配され、非常に理想的で制御性のよいものになる。従って、bottom-up的極限ナノ構造を作製し、電極から電子を注入し伝導を制御できれば、次世代のエレクトロニクスに新しい局面を拓くことができるであろう。本研究では、極微小自己組織化単一InAs量子ドット・ダッシュおよび量子リング構造にナノギャップ電極により電気的にアクセスし、その量子伝導特性を明らかにするとともに、その応用を探索することを目的に研究を遂行している。
本年度の主な成果は、以下の通りである。
１．イオン液体を用いた量子ドット電子状態の制御：イオン液体（DEME-TFSI）を量子ドット表面に塗布し、巨大な電界を印加することにより、単一量子ドットトランジスタ構造中の電子数、電子の軌道量子化エネルギーや帯電エネルギーを大きく制御できることを示した。
２．長波長テラヘルツ電磁波を用いた単一量子ドットのサブレベル間遷移の観測：単一量子ドットトランジスタ構造において、量子ドットにアクセスするナノギャップ電極をテラヘルツアンテナと集積化することにより、単一量子ドット内のサブレベル間の遷移をテラヘルツ電磁波で誘起された光電流の変化として検出することに成功した。この成果は、長波長のテラヘルツ電磁波を用いて、ナノメートル領域の物性を調べるための基盤となる大きな成果である。
３．量子ダッシュの伝導：(211)B面に成長した量子ダッシュにナノギャップ電極を形成した構造の磁気輸送特性を測定し、電子が軌道ごとに大きく異なるg因子を持っていることなどを明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
位置制御量子ドットやリングの作製を研究項目に挙げていたが、プロセスで不可避的に導入される結晶欠陥のために、電荷のトラッピング・デトラッピングによる信号揺らぎが観測されるため、当初予定した計画に比べて、現在のところ大きな進捗はない。
しかし、単一量子ドットのテラヘルツ分光では大きな進展があり、量子ドットのサブレベル間遷移の観測に成功した。1meVを切る半値幅のサブレベル間遷移スペクトルの観測に成功したのは世界で初めての成果である。さらにサブレベル間遷移のスペクトルは、電子系の相互作用により大きな影響を受けていることが明らかになりつつあり、残りの研究期間で詳しく掘り下げれば大きな成果に結びつく内容である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
計画調書では、位置制御量子ドットやリングの作製を研究項目に挙げていたが、プロセスで不可避的に導入される結晶欠陥のために、電荷のトラッピング・デトラッピングによる信号揺らぎが観測されるため、現在ペンディング中である。位置制御を行わないで、再現性よく量子ドットにアクセスする新しい方法として、500V程度の加速電圧の電子顕微鏡で、低損傷でかつ量子ドットの位置を確認し、それをもとに電極を作製する技術を新しく立ち上げつつある。この方法でも２重量子ドット構造の作製が可能で、現在それに取り組んでいる。
また今回、新しく観測に成功した量子ドットのサブレベル間遷移であるが、それが観測できる条件、スペクトルの形状、ゲート電圧・ソースドレイン電圧に対する振る舞いが、予想以上に複雑であることがわかった。これは電子のクーロン反発力やスピンの効果を反映したものであり、今後、サブレベル間遷移スペクトルの理解に注力していく予定である。
ただ、連携研究者である柴田特任講師、大岩講師が遠隔地に転出したこと、また陽教授が他界したことにより、研究体制が大きく変わったため、位置制御ドットの成長より、テラヘルツの実験に比重を置くように計画をシフトする予定である。
|
