2015 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
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25286006
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
青木 伸之 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (60312930)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 開放系量子ドット / 走査ゲート顕微法 / 波動関数パターン / 量子ドットネットワーク / ポイターステート / グラフェン量子ドット |
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| 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を用いてきたが，ダウンサイジングとＳＧＭ像の高解像度に向けて，平成２６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。さらに，平成２７年度より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，コンタミネーションの問題が解消できるＰＰＣ／ＰＤＭＳを使用したドライプロセスへと改良を行うことで，安定した４端子試料の作製技術の確立に成功した。これにより低温で100,000 cm2/Vs以上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500 nmと見積もられ，開放系量子ドット一つの大きさに匹敵する程にまで達することができた。これにより，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合系２次元電子ガスと同様なシュブニコフ ド・ハース振動の観測ができるまでになった。この試料ではゲート電圧特性に対して伝導度ゆらぎも観測されており，その基礎特性の評価を進めた。
一方で，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合における開放系量子ドットにおけるＳＧＭ観察に研究に関しては，高解像度化をめざしてチューニングフォークの利用ができるように装置の改良を行った。低温実験に関しては，作製した試料のトラブル等があって，今年度はあまり実験が進展できなかったが，新たな試料を作製して現在実験の準備を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
開放系量子ドットのダウンサイジングとＳＧＭ像の高解像度に向けて，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，グラフェン試料の高移動度化に向けた研究を並行して進めてきた。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，ＰＰＣ／ＰＤＭＳを使用したドライプロセスを導入し，安定した４端子試料の作製技術の確立を図り，これにより低温で100,000 cm2/Vs以上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500 nmと見積もられ，開放系量子ドット一つの大きさに匹敵する程にまで達することができた。これにより，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合系２次元電子ガスと同様なシュブニコフ ド・ハース振動の観測ができるようになっており，この試料の基礎特性の評価を行った。
一方で，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合における開放系量子ドットにおけるＳＧＭ観察に研究に関しては，高解像度化をめざしてチューニングフォークの利用ができるように装置の改良を行った。低温実験に関しては，作製した試料のトラブル等があって，今年度はあまり実験が進展できなかったが，新たな試料を作製して現在実験の準備を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に確立したチューニングフォーク型ＡＦＭを使用して，２重結合開放系量子ドットのＳＧＭ観察を進める。
より高度なスイッチング効果が期待される２重結合から４重型開放系量子ドットにおける波動関数の操作を行う。２つのドット間を往来する閉じられた電子軌道に加え，更に２つのドットを結合することで，一つの量子ドットの変調に対する影響が他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する。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する。
グラフェン（Gr）を絶縁体の六方晶窒化ホウ素（h-BN）で挟んだBN-Gr-BN積層構造ではバリスティック伝導状態が実現されており，それにより探針－伝導層距離の縮小，更に結合量子ドットの形状の縮小させることが期待される。昨年度に確立した高移動度BN/Gr/BN積層構造では，500nm程度の平均自由行程が実現されている。これを用いた開放系量子ドットを作製し，それによって初めて検証されるディラック電子系と２次元フェルミ電子ガス系との量子伝導現象の違いについて検証を進める。
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[Journal Article] Tunable Electrical and Optical Characteristics in Monolayer Graphene and Few-Layer MoS2 Heterostructure Devices2015
Author(s)
Servin Rathi, Inyeal Lee, Dongsuk Lim, Jianwei Wang, Yuichi Ochiai, Nobuyuki Aoki, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Gwan-Hyoung Lee, Young-Jun Yu, Philip Kim, and Gil-Ho Kim
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Journal Title
Nano Lett.
Volume: 15
Pages: 5017-5024
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Conduction Mechanisms in CVD-Grown Monolayer MoS2 Transistors: From Variable-Range Hopping to Velocity Saturation2015
Author(s)
G. He, K. Ghosh, U. Singisetti, H. Ramamoorthy, R. Somphonsane, G. Bohra, M. Matsunaga, A. Higuchi, N. Aoki, S. Najmaei, Y. Gong, X. Zhang, R. Vajtai, P. M. Ajayan, and J. P. Bird
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Journal Title
Nano Lett.
Volume: 15
Pages: 5052-5058
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Conductance Fluctuations in High-Mobility Bilayer-Graphene/h-BN Heterostructures2015
Author(s)
Masaaki Mineharu, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Inyeal Lee, Gil- Ho Kim, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David K. Ferry, Jonathan Bird and Nobuyuki Aoki
Organizer
ISANN2015
Place of Presentation
Hawaii, U.S.A.,
Year and Date
2015-11-30 – 2015-12-04
Int'l Joint Research
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[Presentation] BN/グラフェン/BN試料における伝導度ゆらぎ2015
Author(s)
峰晴正彰, 松永正広, 青木伸之, 落合勇一, D. K. Ferry, J. P. Bird, 渡邊賢司, 谷口尚, I. Lee, G-H. Kim
Organizer
日本物理学会2015年秋季大会
Place of Presentation
関西大学
Year and Date
2015-09-16 – 2015-09-19
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