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2014 Fiscal Year Annual Research Report

開放系量子ドットのコヒーレントネットワークにおける波動関数の操作と利用

Research Project

Project/Area Number 25286006
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

青木 伸之  千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (60312930)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 落合 勇一  千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 名誉教授 (60111366)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2017-03-31
Keywords走査ゲート顕微法 / 開放系量子ドット / 波動関数分布 / 2次元電子ガス / グラフェン / h-BN / 量子ゆらぎ / 結合量子ドット
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,開放系量子ドット内においてナノプローブを導入し、走査ゲート顕微法(SGM)により量子マニピュレーションによって波動関数をアクティブコントロールすることで,新しい電子波デバイスを実現することを目的としている。これまでは半導体ヘテロ接合に形成された2次元電子層(2DEG)に形成された開放系量子ドットにおける波動関数分布が観察に用いられてきたが,探針から2DEGまでの距離は100nm以上となることから十分な分解能が得られなかった。さらに結合量子ドットを形成するにあたり,空乏層の広がりを考慮する必要があることから,結合量子ドットの系の大きさが数ミクロンになってしまうといった問題が発生していた。そこで,平成25年度はよりグラフェンにおける開放系量子ドットの形成を視野に入れて並行して研究を進めてきた。平成26年度はh-BNをグラフェン(Gr)の上下面に積層したBN/Gr/BN構造の作製に着手した。BNの積層方法としては幾つかの方法が提案されているが,25年度に行ったウェットプロセスからドライプロセスへと改良を行うことで,2端子ながら低温で55,000 cm2/Vsの移動度にまで向上させることができた。この試料での平均自由行程は約200 nmと見積もられ,想定される結合量子ドットの大きさである1μmに近づいていることが確認でした。SGMに関しては,本年度は量子ポイントコンタクトを中心に観察を行い,高磁場における分数量子ホール効果に対応する明瞭なプラトー構造の観測に成功し,物理学会の年会にて発表を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

スプリットゲートやエッチングで作製した量子ドットでは,ダウンサイジングが困難であり,多重結合量子ドットの作製に問題があることが予想される。このことから2次元電子ガス層としてグラフェンを使用することに着目しているが,波動関数分布を観測するのに必要なその高移動度化には難点があった。そこで,初年度よりBNを利用した高移動度素子の作製を開始し,昨年度は55,000 cm2/Vsの移動度の素子の作製ができるまでに至った。そのため,当初の計画よりも多少の遅れが出ているが,これによる今後の進展を考えれば,必要不可欠な判断であったと考えている。また,高解像度化に関する追求として,SGM観察用のカンチレバーをDFM型の高分解カンチレバーに変更を行ったが,昨年度はさらに探針の高解像度化をめざし,チューニングフォークの利用も開始した。以上より,平成27年度以降の研究をスムーズに遂行するための下地作りが行われてきたことから,今後の研究の進展を期待している。

Strategy for Future Research Activity

現在,AlGaAs/GaAsヘテロ界面の2DEGに形成した単一および2重開放系量子ドットに対するSGM観察を行っており,夏までにはその結果の議論ができる状況になると予定している。また,グラフェン試料についても現在4端子試料を作製するための技術を修得し,これから量子ドットの形成のための微細加工に入る段階まで来ている。このように,この一連の研究を遂行するための準備は着実に進展しており,今年度中には結合量子ドット間を往来する閉じられた電子軌道に対してAFM探針によって変調が可能となると考えている。一方の量子ドットの変調に対する影響が他方の量子ドット内の電子密度分布へと波及する効果を検証し,リモートコントロールの基礎的データを収集していく。AFM探針のポテンシャルの導入によるレギュラー系/カオス系への遷移や,このような閉鎖軌道を利用した量子演算素子(キュービット)への応用も含めて検討していく予定である。

  • Research Products

    (20 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Metal-Insulator Transition in the Quasi-One-Dimensional Transport of Fractional Quantum Hall States2015

    • Author(s)
      Shaohua Xiang, Kazuhiro Fuji, Shun Sato, Shiran Xiao, Jonathan P. Bird, Nobuyuki Aoki and Yuichi Ochiai
    • Journal Title

      J. Phys.: Condens. Matter

      Volume: 27 Pages: 202201-1-6

    • DOI

      10.1088/0953-8984/27/20/202201

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Current scaling and Dirac fermion heating in multi-layer graphene2015

    • Author(s)
      C. Chuang, T.-P. Woo, A. M. Mahjoub, T. Ouchi, C.-S. Hsu, C.-P. Chin, N. Aoki, L.-H. Lin, Y. Ochiai, C.-T. Liang
    • Journal Title

      Journal of Nanoscience and Nanotechnology

      Volume: 14 Pages: 1195-1198

    • DOI

      10.1166/jnn.2015.9038

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Scanning gate imaging of a disordered quantum point contact2014

    • Author(s)
      N. Aoki, C. R. da Cunha, R. Akis, D. K. Ferry and Y. Ochiai
    • Journal Title

      J. Phys.: Condens. Matter

      Volume: 26 Pages: 193202 (13pp)

    • DOI

      10.1088/0953-8984/26/19/193202

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reversing hot-carrier energy relaxation in graphene with a magnetic field2014

    • Author(s)
      H. Ramamoorthy, R. Somphonsane, G. He, N. Aoki, Y. Ochiai, D. K. Ferry, and J. P. Bird
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 104 Pages: 193115 (4pp)

    • DOI

      10.1063/1.4878535

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Weak localization and universal conductance fluctuations in multi-layer graphene2014

    • Author(s)
      C. Chuang, T.-P. Woo, A. Mahjoub, T. Ouchi, C.-S. Hsu, C.-P. Chin, N. Aoki, L.-H. Lin, Y. Ochiai, C.-T. Liang
    • Journal Title

      Current Applied Physics

      Volume: 14 Pages: 108-111

    • DOI

      10.1016/j.cap.2013.10.004

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] THz波ボロメトリック検出熱雑音探知型グラフェンセンサー2015

    • Author(s)
      マハジューブ アカラム,武田明大,峰晴正彰,青木伸之,宮本克彦,山口智弘,尾松孝茂,J.P.バード,D.K.フェリー,石橋幸治,落合勇一
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学,東京都
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 走査ゲート顕微鏡観察による量子細線における分数プラトーの観測2015

    • Author(s)
      項少華,佐藤駿,グエン・タン・ルーン,松永正広,向笠直紀,鈴木敦士,青木伸之,J.P.バード,落合勇一
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学,東京都
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] Probing weak localization in chemical vapor deposition graphene with wide constriction by scanning gate microscopy2015

    • Author(s)
      Chiashain Chuang, M.Matsunaga, Fan-Hung Liu, Tak-Pong Woo, Nobuyuki Aoki, Y.Ochiai and Chi-Te Liang
    • Organizer
      The American physical Society (APS)
    • Place of Presentation
      San Antonio, Texas, U.S.A
    • Year and Date
      2015-03-02 – 2015-03-06
  • [Presentation] Scanning gate imaging of conductance fluctuations in CVD grown monolayer grapheme2014

    • Author(s)
      Nobuyuki Aoki
    • Organizer
      Chiba Univercity-Ajou Univercity symposium 2014
    • Place of Presentation
      Chiba Univercity, JAPAN
    • Year and Date
      2014-12-11 – 2014-12-12
  • [Presentation] THz bolometric detection by thermal noise in graphen2014

    • Author(s)
      Akram M. Mohamed, Nobuyuki Aoki, Katsuhiko Miyamoto, Tomohiro Yamaguchi, Takashige Omatsu, Jonathan P. Bird, David Ferry
    • Organizer
      Chiba Univercity-Ajou Univercity symposium 2014
    • Place of Presentation
      Chiba Univercity, JAPAN
    • Year and Date
      2014-12-11 – 2014-12-12
  • [Presentation] Quantum phase transition in fractional quantum Hall regime in the quasi-one dimension structure2014

    • Author(s)
      S. Xiang, S. Sato, T. Luan Nguyen, N. Mukasa, N. Aoki, S. Xiao, J.P.Bird and Y. Ochiai
    • Organizer
      Chiba Univercity-Ajou Univercity symposium 2014
    • Place of Presentation
      Chiba Univercity, JAPAN
    • Year and Date
      2014-12-11 – 2014-12-12
  • [Presentation] Scanning gate imaging of quantum fluctuations in CVD grapfene2014

    • Author(s)
      Masahiro Matsunaga, Chiashain Chuang, Li-Hung Lin, Chi-Te Liang, Yuichi Ochiai and Nobuyuki Aoki
    • Organizer
      The 17th International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications (ISPSA2014)
    • Place of Presentation
      Jeju, KOREA
    • Year and Date
      2014-12-07 – 2014-12-11
  • [Presentation] 走査ゲート顕微法によるCVDグラフェンにおける量子ゆらぎの観察2014

    • Author(s)
      松永正広,荘家翔,林立弘,梁啓徳,落合勇一,青木伸之
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      中部大学,春日井市
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] 単層二層グラフェンの磁気伝導度ゆらぎの普遍性探求2014

    • Author(s)
      大内隆寛,M.アカラム,武田明大,青木伸之,D. K. フェリー,J. P. バード,落合勇一
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      中部大学,春日井市
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] Graphene FET for THz detection at Room temperature グラフェンFETを用いた室温でのTHz波検出2014

    • Author(s)
      マハジューブ アカラム,武田明大,青木伸之,宮本克彦,山口智弘,尾松孝茂,J. P. バード,D. K. フェリー,石橋幸治,落合勇一
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      中部大学,春日井市
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] 量子細線における電子強相関現象の観測と解析2014

    • Author(s)
      項少華,佐藤駿,グエン・タン・ルーン,向笠直紀,S.Xiao,青木伸之,J.P.Bird,落合勇一
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      中部大学,春日井市
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] Graphene FET Based Sensor for THz Detection2014

    • Author(s)
      Akram Mahjoub, Shinichi Suzuki, Nobuyuki Aoki, Katsuhiko Miyamoto, Tomohiro Ymaguchi, Takashige Omatsu, Jonathan Bird, David Ferry, Koji Ishibashi, Yuichi Ochiai
    • Organizer
      International Conference on the Physics of Semiconductors (icps2014)
    • Place of Presentation
      Austin, Texas, U.S.A
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2014-08-15
  • [Presentation] Discussion on the Role of Kondo Physics in Quantum Point Contacts Near Pinch-Off2014

    • Author(s)
      Shaohua Xiang, Yuichi Ochiai, Nobuyuki Aoki, Jonathan Bird
    • Organizer
      International Conference on the Physics of Semiconductors (icps2014)
    • Place of Presentation
      Austin, Texas, U.S.A
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2014-08-15
  • [Presentation] Imaging Quantum Fluctuations Of Cvd Graphene Constriction Via Scanning Gate Microscopy2014

    • Author(s)
      Masahiro Matsunaga, C.Chuang, L.-H. LIN, C.-T.Liang, Y. Ochiai and N. Aoki
    • Organizer
      International Conference on Nanoscience + Technology( ICN+T2014 )
    • Place of Presentation
      Denver, Colorado, U.S.A.
    • Year and Date
      2014-07-20 – 2014-07-25
  • [Remarks] 千葉大学 大学院融合科学研究科ナノサイエンス専攻ナノ物性コース量子ナノデバイス研究グループ

    • URL

      http://adv.chiba-u.jp/nano/qnd/index.html

URL: 

Published: 2016-06-01  

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