2013 Fiscal Year Research-status Report
テラヘルツ電磁波による単一電荷・スピン制御と機能性素子への展開
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25600013
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柴田 憲治 東京大学, ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構, 特任講師 (00436578)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 量子ドット / テラヘルツ/赤外材料・素子 / 単一電子トランジスタ |
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| Research Abstract |
本年度は、「10nm級の単一InAs量子ドットトランジスタの作製と伝導特性制御」を中心として研究を進めた。具体的には、位置・形状を制御した単一の10 nm級のInAs 量子ドット構造にナノギャップを有する金属電極を直接接触させて電気的にアクセスすることで、本研究遂行の鍵となる高い歩留まりと制御性での10 nm級量子ドットを用いた単一電子トランジスタ素子を作製した。更に、素子にTHz帯域用のアンテナとSiレンズを実装させることで、THz電磁波と量子ドット中の電子との相互作用を、従来にないほど強くする手法を開発した。これにより、nW程度の非常に微弱な広帯域THz光の照射による単一電子の励起に起因した光電流を観測することに成功し、単一量子ドットのテラヘルツ分光と単一電子のダイナミクスの議論を行うことに成功した【Zhang, Shibata, et al. Phys. Rev. Lett. に投稿中】。最後に、イオン液体をゲート絶縁膜とする新しいゲート変調手法を開発し、量子ドットへのTHz光によるアクセスを許しつつ、素子の伝導特性や電子状態を大幅に電界変調（最大で従来の100倍）することを可能にした【Shibata, Nature Communications 2013, プレス発表を実施】。上記内容と並行して、高強度THz波を強磁場中で単一量子ドット試料に照射するための実験系の検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究目標は、「10nm級の単一InAs量子ドットトランジスタの作製と伝導特性制御」であった。研究実績の概要の項目に記した通り、位置・形状制御した量子ドットを用いた単一電子トランジスタ素子を作製することに成功するだけでなく、従来にないほどテラヘルツ電磁波と量子ドットとの相互作用を強くすることで単一ドットのテラヘルツ分光に成功したり、ドット中の電子状態をテラヘルツ電磁波照射と整合する形で大幅に電界制御する手法を開発するなどの成果を上げた。以上から、本研究はおおむね順調に進展したと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本年度に作製した単一量子ドットトランジスタや、2重結合量子ドットを用いたトランジスタ素子に対して低温、強磁場環境下でのテラヘルツ電磁波照射を行いつつ精密な電気伝導測定を行うことで、テラヘルツ電磁波による単一電子の伝導ダイナミクスの制御と観測を行い、それを用いた素子への情報機能の付与を実現する。これにより、THz光の量子情報処理への応用に道を拓く。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究の遂行に必要不可欠である結晶成長装置が故障し、その修理・復旧のために実験の進展に遅延が生じ、次年度使用額が生じた。ただし、故障修理期間を利用して、以前得られた実験結果の詳細な解析およびその結果を結晶成長へとフィードバックする効率的な手法の検討を行った他、量子ドットの電界制御に関する研究を推進し、今後の迅速な研究遂行を可能とする技術的なブレークスルーの実現に成功したので、予定通りの計画遂行には支障はないと考えられる。
研究費は、主として高強度THz波を低温・強磁場中で単一QD試料に照射するための実験系の構築と完成のために使用する。その他、位置・形状制御した半導体量子ドットを形成するための半導体基板の購入、材料費、寒剤などの消耗品に使用する。また、得られた成果を国際会議などの場で発表するための旅費と、学術雑誌に発表するための論文出版費用にも用いる予定である。
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