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g因子制御された量子ドットにおける単一光子から単一電子スピンへの量子状態転写

研究課題

研究課題/領域番号 13F03322
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)(実験)
研究機関東京大学

研究代表者

樽茶 清悟  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40302799)

研究分担者 LARSSON MARCUS  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
LARSSON Marcus  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
LARSSON Marcus Lennart  東京大学, 大学院工学系研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2015年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2014年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
キーワード量子状態転写 / 光子電子変換 / 光学スピン閉塞効果 / 量子ドット / Quantum information / Quantum coherence / Quantum dots / Quantum optics / Semiconductors / Nano physics / Lasers / Condensed matter physics / 量子ビット / ナノテクノロジー / スピン / コヒーレント
研究実績の概要

本年度は主に以下に述べる光学スピン閉塞効果の実証を行った。この光学スピン閉塞効果は光子の偏光状態から量子ドット中の電子スピンへの量子状態転写の実証に等しく、本研究計画の最大の目標が達成された。具体的には、まず高速かつ高精度の電荷読出しのため、高周波反射法を用いた高速測定系の構築を行った。次に、GaAs基板上に単一の量子ドットデバイスを作製し、面内に磁場を印加した。実験では、光照射前の量子ドットに電子がない状態と電子が一つ入っている状態での単一光子電子変換効率の測定を行った。とくに、励起光の直線偏光の方向と励起波長に対する依存性を調べた。その結果、水平偏光と異なり、垂直偏光の照射時にはゼロ電子状態の量子ドットに比べて一電子状態の量子ドットでの変換効率が著しく減少することがわかった。特に、計算から求めた、スピン分裂した軽い正孔の励起波長で著しい減少がおこるのを明らかにした。これは、光励起により作られる電子スピンが、量子ドット中にいる電子スピンと同じ方向である場合に、パウリの排他率によって励起過程が抑制されるためである(光学スピン閉塞効果)。したがって、我々の結果では直線偏光によりスピンの選択的な励起ができていることになる。この直線偏光による光学スピン閉塞効果が観測されるには、光励起過程において量子状態転写が起こっている必要がある。したがって、単一光子から量子ドット中単一電子スピンへの量子状態転写の観測に成功したといえる。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Single photoelectron detection after selective excitation of electron heavy-hole and electron light-hole pairs in double quantum dots2014

    • 著者名/発表者名
      K. Morimoto, T. Fujita, G. Allison, S. Teraoka, M. Larsson, H. Kiyama, S. Haffouz, D. G. Austing, A. Ludwig, A. D. Wieck, A. Oiwa, and S. Tarucha
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW

      巻: B 90 号: 8 ページ: 0853061-5

    • DOI

      10.1103/physrevb.90.085306

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tuning the electrically evaluated electron Land´e g factor in GaAs quantum dots and quantum wells of different well widths2014

    • 著者名/発表者名
      G. Allison, T. Fujita, K. Morimoto, S. Teraoka, M. Larsson, H. Kiyama, A. Oiwa, S. Haffouz, D. G. Austing, A. Ludwig, A. D. Wieck, and S. Tarucha
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW

      巻: B 90 号: 23 ページ: 2353101-5

    • DOI

      10.1103/physrevb.90.235310

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Towards coherent transfer of quantum states from single photons to single spins in double quantum dots2015

    • 著者名/発表者名
      M. Larsson
    • 学会等名
      QSNS
    • 発表場所
      宮城蔵王ロイヤルホテル, Miyagi, Japan
    • 年月日
      2015-02-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Detection efficieny of optically excited electrons in double quantum dots based on GaAs/AlGaAs quantum wells2014

    • 著者名/発表者名
      M. Larsson, K. Morimoto, T. Fujita, G. Allison, S. Teraoka, H. Kiyama, D. G. Austing, A. Ludwig, A. D. Wieck, A. Oiwa, S. Tarucha
    • 学会等名
      ICPS
    • 発表場所
      Austin Convention Center, Austin, USA
    • 年月日
      2014-08-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Coupling between Single Photons and Single Electron Spins in Gate-Def ined Double Quantum Dots2014

    • 著者名/発表者名
      G. Allison, T. Fujita, K. Morimoto, H. Kiyama, S. Teraoka, M. Larsson, A. Oiwa, A. Ludwig, A. D. Wieck, and S. Tarucha
    • 学会等名
      FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
    • 発表場所
      Tokyo, The University of Tokyo
    • 年月日
      2014-01-29
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Identification of Resonantly Excited Single Photoelectrons Trapped in Double Quantum Dots Based on GaAs/AlGaAs Quantum Wells2013

    • 著者名/発表者名
      T. Fujita, K. Morimoto, S. Teraoka, H. Kiyama, G. Allison, M. Larsson, A. Ludwig, A. Wieck, A. Oiwa. and S. Tarucha
    • 学会等名
      FIRST-Quantum Information Processing Project A nnual Meeting 2013
    • 発表場所
      Tokyo, Koshiba hall
    • 年月日
      2013-12-11
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Single-shot readout of photoelectron spins and verification of angular momentum transfer in a lateral double quantum dot2013

    • 著者名/発表者名
      T. Fujita, K. Morimoto, S. Teraoka, H. Kiyama, G. Allison, M. Larsson, A. Ludwig, A. Wieck, A. Oiwa, and S. Tarucha
    • 学会等名
      FIRST-Quantum Information Processing Project A nnual Meeting 2013
    • 発表場所
      Tokyo, Koshiba hall
    • 年月日
      2013-12-11
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Coupling between single photons and single electron spins in gate-defined double quantum dots2013

    • 著者名/発表者名
      A. Oiwa, T. Fujita, K. Morimoto, H. Kiyama, S. Teraoka, M. Larsson, G. Allison, A. Ludwig, A. D. Wieck, and S Tarucha
    • 学会等名
      第18回半導体スピン工学の基礎と応用Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semicon ductors (PASPS)-18
    • 発表場所
      大阪, 大阪大学豊中キャンパス基礎工学国際棟
    • 年月日
      2013-12-10
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Real-time detection of optically excited single electron spins in a lateral double quantum dot2013

    • 著者名/発表者名
      T. Fujita, K. Morimoto, G. Allison, S. Teraoka, H. Kiyama, M. Larsson, A. Ludwig, A. D. Wieck, A. Oiwa, and S. Tarucha
    • 学会等名
      International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT)
    • 発表場所
      Kanagawa, NTT Atsugi R&D Center
    • 年月日
      2013-11-29
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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