2016 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of NeoSilicon quantum information processing devices based on position control of silicon nano-dots and nanowires
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26249048
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小田 俊理 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (50126314)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小寺 哲夫 東京工業大学, 工学院, 准教授 (00466856)
川那子 高暢 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (30726633)
河野 行雄 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (90334250)
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| Project Period (FY) |
2014-06-27 – 2017-03-31
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| Keywords | シリコン量子ドット / ナノ結晶シリコン / Ge/Siコアシェルナノワイヤ / 熱電素子 / 量子ビット / スピンブロッケード / 3重量子ドット / 界面欠陥のコヒーレント制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ結晶シリコン量子ドット、ナノワイヤの作製、評価および量子情報デバイスの集積化を目指す研究を行い、以下の成果を得た。
VHFプラズマCVD法で作製した粒径10nmのナノ結晶シリコンを、電子ビーム露光法で形成した間隔9nmの電極間に配置して、単一シリコン量子ドットの電子輸送特性を測定した。4.5Kでは、クーロンダイアモンドの大きさが電子数に依存することから、人工原子の殻充填現象の観測に成功した。
Ge/Siコアシェルナノワイヤの形成プロセスを最適化して、触媒金のマイグレーションを抑制し分岐構造の無いナノワイヤの形成に成功した。これを用いた熱電素子を作製し、電気伝導度、パワーファクターの粒径依存性を測定した。実験データとシミュレーション結果の検討から、ナノワイヤ径を20nm以下にすると、従来の熱電性能指数を凌駕する特性が得られるだろうと結論した。
量子コンピューターの実現に向けて、多重集積量子ビットの形成に有望な量子ドットを電界効果ではなくエッチングにより物理的に定義するデバイス設計を行い、電子ビーム露光技術を用いて多重集積量子ドットの作製と電子輸送特性の測定を行った。交換相互作用に着目して3重量子ドットの形成を行い、電荷検出素子との集積化により少数電子状態の観測に成功した。さらにスピン軌道相互作用の電界制御に注目して、Si2重量子ドットにおける正孔スピンの特性を評価した。パウリスピンブロッケードの観測に成功し、マイクロ波印加によりフォノン支援トンネリングが起こることを確認した。
シリコン電界効果トランジスタのゲート酸化膜中欠陥にトラップされた電子をマイクロ波によりコヒーレント制御することに成功した。マイクロ波と電子の共鳴により、コヒーレンス時間40マイクロ秒の電子2準位系を実現した。同様な測定をSi量子ドットでも行い、でコヒーレンスの要因を明確化した。
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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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