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金属埋め込み構造を用いた量子ドットからの高効率キュビット生成に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 12J02857
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用物性・結晶工学
研究機関北海道大学

研究代表者

中島 秀朗  北海道大学, 大学院情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード量子ドット / 単一光子 / 量子情報 / ナノデバイス
研究概要

半導体量子ドット(QD)内部で形成される孤立した単一二準位系では, 確定的な単一光子発生が可能な非古典光源であり, その発生光子を情報のキャリア(キュビット)として利用することで, 高い秘匿性を持つ量子暗号通信への応用が大いに期待される. 今後の研究展開に向けては高効率キュビット生成が不可欠な要素技術であり, 研究代表者はQDを金属反射鏡で埋め込む新規構造を提案し, 検討を行っている. 今年度はこの構造を用いて①孤立二準位系生成メカニズムの解明および②QDと外部光学系との結合効率の大幅な改善が確認された.
①一般にQD光励起時にて生成されるキャリアは励起子を形成するのみでなく, 荷電状態の遷移といった発光スペクトルの拡散要因として寄与し得る. このQD内部で起こるダイナミクスを2次光子相関測定を用いて精度良く評価し, 更には励起条件を適切に調整する事でダイナミクスの制御が可能である事を見出した. これは孤立二準位系形成を司る重要なメカニズムであり, 応用のみならず学術的にも意義深い.
②QDと外部光学系との結合効率は一般的に~1%である. これは半導体と空気との屈折率差に起因しているが, 埋め込み構造における金属面反射を用いることで結合効率は大幅に改善し, 実験的に18~24%といった向上が実証された[2]. また使用構造における構造最適化を検討する事で約90%までの更なる向上が可能である事を電磁界解析によって予測した[3].
以上の成果は金属埋め込み構造を用いることで高効率なキュビット発生が可能であることを示唆しており, 量子暗号通信への応用へ向け重要な結果である.
【参考文献】[1] H. Nakajima, et al., Phys. Rev. B 88, 045324 (2013). [2] H. Kumano, H, Nakajima, et al., Appl. Phys. Express 6, 062801 (2013). [3] I. Suemune, H. Nakajima, et al., Nanotechnology 24, 455205 (2013).

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Carrier-transfer dynamics between neutral and charged excitonic states in a single quantum dot probed with second-order photon correlation measurements2013

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗、熊野英和、飯島仁史、小田島聡、末宗幾夫
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 88 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.88.045324

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced Photon Extraction from a Quantum Dot by a Silver Microcolumnar Photon Reflector2013

    • 著者名/発表者名
      熊野英和、中島秀朗、飯島仁史、小田島聡, 松尾保孝、居城邦治、末宗幾夫
    • 雑誌名

      Applied Physicas Express

      巻: 6 号: 6 ページ: 062801-062801

    • DOI

      10.7567/apex.6.062801

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Semiconductor nanostructures mbedded in metal and simulation of photon extraction and coupling to optical fibers2013

    • 著者名/発表者名
      末宗幾夫、中島秀朗、劉祥明、小田島聡、浅野智也、飯島仁史、許載勲、井筒康弘、笹倉弘理、熊野英和
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 24 号: 45 ページ: 455205-455205

    • DOI

      10.1088/0957-4484/24/45/455205

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous dip observed in intensity autocorrelation function as an inherent nature of single-photon emitters2012

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗、 熊野英和、 飯島仁史、 末宗幾夫
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 101 号: 16 ページ: 161107-161107

    • DOI

      10.1063/1.4760222

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] (111)A面上量子ドットからの量子もつれ光子対生成2013

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗, 黒田隆, 熊野英和, 間野高明, 迫田和彰, 末宗幾夫
    • 学会等名
      第74回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学(京田辺市)
    • 年月日
      2013-09-01
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 光子統計評価における2次自己相関関数の一般化2012

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗、 熊野英和、 末宗幾夫
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛県松山大学
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Generalized photon autocorrelation function including carrier repopulation process in single-photon emitters2012

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗、 熊野英和、 飯島仁史、 末宗幾夫
    • 学会等名
      CWS ISCS2012
    • 発表場所
      アメリカカリフォルニア大学
    • 年月日
      2012-08-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Charging and discharging of neutral exciton state in a single quantum dot selectively excited quasi-resonant excitation2012

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗、 熊野英和、 飯島仁史、 末宗幾夫
    • 学会等名
      ICPS2012
    • 発表場所
      スイスチューリッヒ工科大学
    • 年月日
      2012-07-31
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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