核スピン検出用単電子トランジスタの試作

• 研究課題/領域番号: 13875064
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・機器工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 茂雄 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (10282013)
• 研究分担者: 早川 吉弘 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (20250847) ; 小野美 武 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (70312676) ; 中島 康治 (中島 康冶) 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60125622)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2003年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2002年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2001年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
• キーワード: 核スピン / 単電子トランジスタ / STM / 量子ビット / 水素レジスト / 量子計算 / 単原子リソグラフィー / 断熱的変化アルゴリズム / スピンー電荷数変換 / 電荷計

研究概要

これまで研究を行ってきたSTMリソグラフィー技術の確立に向けて、フラッシングによる基板平坦化に関する研究を行った。これまでの成果で水素レジストを用いた手法の有効性は確認できているものの、検出対象である核スピンを有する不純物ドナー原子の安定な配置には、より平坦な基板表面を得ることが必要不可欠であるとの考察からこの課題に取り組んだ。フラッシングの各種パラメータ(加熱温度、スケジュール)を変化させ、より平坦な表面を得るため条件を求めた。また基板濃度およびフラッシング条件と平坦性の関係を統合的に理解した。また、水素レジストの吸着効率を向上させるための新しい水素クラッキングセルの開発や、SiGe単結晶膜の成膜実験などを行った。これら結果を用いることにより、所望の位置にドナー原子を配置することが可能となり、ひいては単電子トランジスタによるスピンの検出が可能となる。研究目的である核スピンの検出の実現は今後の課題となったが、すでに我々独自に確立したSTMリソグラフィー技術、単電子トランジスタの作製プロセス、エピタキシャル成長技術、極低温技術など、個別の技術を組み合わせることにより当初の研究目的は十分達成可能と考えられる。今後の研究の発展として、我々がすでに開発している汎用性のある量子計算アルゴリズムを核スピン量子ビットに適用することが重要課題となっており、この課題に対して本研究の成果は大きな寄与を与えるものである。

研究成果

• [文献書誌] S.Sato et al.: "Implementation of a New Neurochip Using Stochastic Logic"IEEE Transactions on Neural Networks. 14・5. 1122-1127 (2003)
• [文献書誌] S.Sato et al.: "An Approach for Quantum Computing Using Adiabatic Evolution Algorithm"Japanese Journal of Applied Physics. 42・11. 7169-7173 (2003)
• [文献書誌] K.Inomata et al.: "Electrical Transport Characteristics of Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+_δ> Stacked Junctions with Control of the Carrier Density"Superconductor Science and Technology. 16・12. 1365-1367 (2003)
• [文献書誌] M.Kinjo et al.: "Quantum Adiabatic Evolution Algorithm for a Quantum Neural Network"Proceedings of Artificial Neural Networks and Neural Information Processing - ICANN/ICONIP 2003. 951-958 (2003)
• [文献書誌] K.Inomata et al.: "Evaluation of Junction Parameters with Control of Carrier Concentration in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+_δ> Stacked Junctions"Abstracts of International Symposium on Superconductivity 2003. 304 (2003)
• [文献書誌] K.Inomata et al.: "Intrinsic Properties of Cross-Whisker"Abstracts of Second East Asia Symposium on Superconductive Electronics. 68 (2003)
• [文献書誌] M.Kinjo, et al.: "Advantage and Disadvantage of the Quantum Adiabatic Evolution Algorithm for Combinatorial Optimization Problems"Proc. of the 10th JST Int. Symp. on Quantum Computing (ISQC). 2 (2002)
• [文献書誌] T.Onomi, et al.: "Implementation of Phase-Mode Arithmetic Elements for Parallel Signal Processing"Abst. of Applied Superconductivity Conference 2002. 4EC02 (2002)
• [文献書誌] Y.Hayakawa, et al.: "Analysis and Measurement of Limit Cycles Generated on Neural Networks with Cyclic and Longer Connections"Proc. 2002 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 315-318 (2002)
• [文献書誌] T.Haga, et al.: "Learning Algorithm for the Threshold of Nonmonotonic Neurons Composing a Boltzmann Machine"Proc. 2002 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 687-690 (2002)
• [文献書誌] S.Akima, et al.: "Hardware Implementation of a Single Electron Neural Network"Proc. 2002 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 913-916 (2002)
• [文献書誌] S.Akimoto, et al.: "Implementation of a new stochastic neurochip and a study on transitions between limit cycles by stochastic noise"Proc. 2002 International Symposium Nonlinear Theory and Its Applications. 917-920 (2002)
• [文献書誌] M.Kinjo et al.: "Hardware Implementation of a DBM Network with Non-monotonic Neurons"IEIECE Transactions on Information and Systems. J85-D-II no.3. 558-567 (2002)
• [文献書誌] T.Onomi et al.: "Phase-Mode Pipelined parallel Multiplier"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 11 no.1. 541-544 (2001)
• [文献書誌] T.Onomi et al.: "New Phase-Mode Logic Gates with Large Operating Regions of Circuit Parameters"IEEE Trans on Applied Superconductivity. 11 no.1. 974-977 (2001)
• [文献書誌] 山名智尋 他: "環状結合ニューラルネットワークのアトラクタとその流域構造"電子情報通信学会論文誌A. J84-A no.7. 911-920 (2001)
• [文献書誌] M.Kinjo et al.: "Evaluation of the Quantum Adiabatic Evolution Algorithm"Proceedings 2001 Intertational Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 323-326 (2001)
• [文献書誌] S.Sato et al.: "A New Approach for Implementation of Analog Neurochips"Proceedings 2001 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 505-508 (2001)