2016 Fiscal Year Annual Research Report
On-chip manipulation of the coupling between a THz light source and a photon detector using quantum transport channels
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25287071
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
生嶋 健司 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20334302)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
好田 誠 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00420000)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 量子ホール効果 / 量子ドット / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、強磁場中2次元電子系（2DES）で実現される量子ホール端状態を注入電流とした点光源と単電子制御による量子ドット単一光子検出器を利用して、固体上の電磁場を発生から伝送・検出まで完結して制御するオンチップ量子光学系を構築することである。
まず、THz波をコプレーナ導波路を用いて量子ドットに伝送するオンチップ光子発生・伝送・検出素子を作製した。このオンチップ光学系により、端状態に非平衡電子分布により発生するTHz波の単一光子検出に成功した。この実験により、発光閾値電圧が当初予定のサイクロトロンエネルギー（ランダウ分裂間隔）よりも2割程度ずれていることが見出された。これは、増大したスピン分裂の可能性が示唆され、その場合、スピン自由度を含めた発光過程の理解が要求される。次に、端状態からのTHz発光の光子エネルギーを特定するために、上記THz点光源と量子ドットをスプリットリング型のTHz共振器で結合し、単一光子分光を行った。その結果、端状態を注入電流とした点光源から発生するTHz波の光子エネルギーは発光閾値電圧近傍では、その閾値電圧に相当する光子エネルギーをもつことが示された。このことは、スピン偏極したランダウ準位間の非平衡電子分布において、スピンフリップを要する発光過程が存在することを強く示唆する。さらに、ＩＶ特性の詳細な結果から、発光閾値電圧のサイクロトロンエネルギーからのずれの原因は、端状態におけるスピン分裂の増大として説明できることを示した。また、３つ以上のランダウ準位間における端状態の非平衡形成において、複数段階で平衡化の過程を得て緩和することが分析され、各段階において光学遷移過程と非光学遷移過程に分類された。この結果は、ランダウ準位間に反転分布を形成して波長可変のTHz増幅を実現するための指針となる。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
IKUSHIMA GROUP
http://web.tuat.ac.jp/~ikushima/index_j.html
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