| Project/Area Number |
23K22796
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| Project/Area Number (Other) |
22H01526 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
Morioka Naoya 京都大学, 化学研究所, 准教授 (90905952)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
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| Keywords | 炭化ケイ素 / 点欠陥 / シリコン空孔 / V2 / 単一スピン / PDMR / 電気的検出 / 光電流 / 磁気共鳴 / SiC / スピン / 電気的検出磁気共鳴 / 半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
炭化ケイ素（SiC）は高感度な量子センサや量子情報処理・通信において有用と目されている様々な点欠陥スピンをホストし、かつ電子デバイスとして良好な動作が可能な半導体材料である。これまでに光電流を用いてSiC中のスピン点欠陥のコヒーレントな量子情報が室温で電気的に検出できることが見出されてきたが、光電流がスピン依存性を獲得するメカニズムやスピン依存性の大きさの決定要因は未だ明らかではない。本研究では、光励起下におけるSiC中の点欠陥スピンと電荷のダイナミクスを詳細に研究し、室温量子エレクトロニクスの基盤となる高効率な電気的スピン情報読出技術の確立につなげる。
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| Outline of Final Research Achievements |
This research focused on the spin of the V2 center, a defect associated with a missing silicon atom in silicon carbide (SiC), and clarified the mechanism of spin readout via electrical measurements of photocurrent generated under optical excitation toward achieiving high-sensitivity spin readout. First, the study elucidated the mechanism by which the photocurrent becomes spin-dependent. Then, a device structure and operating conditions for efficient collection of the extremely weak photocurrent were established. Building on these insights, the measurement protocol was optimized, enabling the successful electrical detection of a single V2 spin at room temperature with high sensitivity. These results represent significant progress in both the physical understanding of the readout mechanism and the development of spin detection techniques toward applications in quantum technology.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、半導体材料SiCにおいて従来困難であった単一スピンの光電流による電気的検出を高感度に実現した。スピンは量子センサや量子情報処理における情報の担い手として注目されており、その室温における電気的な読み出しの実現は、小型化・集積化に向けた重要な要素となる。SiCは大面積ウェハの量産性や優れた半導体デバイス技術を備え、量子デバイスの社会実装に適した材料である。本研究で解明したスピン依存光電流の生成機構と単一欠陥の高感度計測デバイスの設計指針は、SiCを用いた量子技術応用に向けて学術的基盤を提供するものであり、電気的スピン読み出し技術の他材料系への展開にも道を拓く成果である。
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