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全光核磁気共鳴法の量子コンピューティングへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 14076203
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東北大学

研究代表者

大野 裕三  東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (00282012)

研究分担者 松倉 文礼  東北大学, 電気通信研究所, 助手 (50261574)
大谷 啓太  東北大学, 電気通信研究所, 助手 (40333893)
佐藤 茂雄  東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (10282013)
研究期間 (年度) 2002 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
19,600千円 (直接経費: 19,600千円)
2005年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2004年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
2003年度: 6,200千円 (直接経費: 6,200千円)
2002年度: 6,100千円 (直接経費: 6,100千円)
キーワード量子コンピューター / 核スピン / 歳差運動 / 量子井戸 / GaAs / ファラデー回転
研究概要

本研究では、半導体量子構造におけるスピン偏極電子と核スピンとの間の相互作用のダイナミクスを明らかにし量子コンピューティングへ発展させるための基盤技術を確立するため、円偏光パルスを励起光として用いた時間分解ポンププローブ測定及び時間分解ファラデー回転測定を行い、動的核スピン分極とそのコヒーレントダイナミクスを電子のラーモア歳差運動の位相変化より調べた。本研究によって得られた成果は以下の通りである。
1.ゲート電極を有するn-GaAs/AlGaAs(110)単一量子井戸構造において、ゲート電圧を印加して電子密度を制御することにより、超微細相互作用が大きく変調された結果、核スピンの緩和時間T_1が一桁以上変調されることを時間分解カー回転測定により示した。
2.静磁場中で光励起により分極した核スピンに対し、共鳴条件を満たすパルス振動磁界を印加して時間分解カー及びファラデー回転測定を行い、半導体量子構造における局所的な核スピンダイナミクス(ラビ振動)の実時間観測に成功した。また、パルスNMRの手法によりスピンエコーを確認し、横緩和時間を実験的に得た。これを発展させて、結晶軸に対する印加磁場方向依存性を調べることにより、核スピンのデコヒーレンスが第一近接原子との間の双極子相互作用に支配されていることを示した。
本研究で確立された光学的核スピン分極・検出法および超微細相互作用のゲート電界制御などの手法は、半導体中の核スピンを量子ビットとする固体量子コンピュータ等において、ビット初期化・操作を効率的に行うのに有益な知見を与えると期待される。

報告書

(5件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2006 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (25件) 文献書誌 (4件)

  • [雑誌論文] Bias Voltage Dependence of the Electron Spin Injection Studied in a Three-terminal Device Based on a (Ga, Mn)As/n^+GaAs Esaki Diode2006

    • 著者名/発表者名
      M.Kohda
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 89

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of n^+-GaAs Thickness and Doping Density on Spin Injection of GaMaAs/n^+-GaAs Esaki Tunnel Junction2006

    • 著者名/発表者名
      M.Kohda
    • 雑誌名

      Physica E 32

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Decomposition of 1/fNoise in Al_xGa_<1-x>As/GaAs Hall Devices2006

    • 著者名/発表者名
      Jens Muller
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 96

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Optical pump-probe measurements of local nuclear spin coherence in semiconductor quantum wells2006

    • 著者名/発表者名
      H.Sanada
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 96

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Bias Voltage Dependence of the Electron Spin Injection Studied in a Three-terminal Device Based on a (Ga,Mn)As/n+-GaAs Esaki Diode2006

    • 著者名/発表者名
      M.Kohda, T.Kita, Y.Ohno, F.Matsukura, H.Ohno
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters vol. 89

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of n+-GaAs Thickness and Doping Density on Spin Injection of GaMnAs/n+-GaAs Esaki Tunnel Junction2006

    • 著者名/発表者名
      M.Kohda, Y.Ohno, F.Matsu-kura, H.Ohno
    • 雑誌名

      Physica E vol. 32

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Decomposition of 1/fNoise in AlxGai.,As/GaAs Hall Devices2006

    • 著者名/発表者名
      Jens Miiler, Stephan von Molnar, Yuzo Ohno, Hideo Ohno
    • 雑誌名

      Physical Review Letters vol. 96

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Optical pump-probe measurements of local nuclear spin coherence in semiconductor quantum wells2006

    • 著者名/発表者名
      H.Sanada, Y.Kondo, S.Matsuzaka, K.Morita, C.Y.Hu, Y.Ohno, H.Ohno
    • 雑誌名

      Physical Review Letters vol. 96

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Optical pump-probe measurements of local nuclear spin coherence in semiconductor quantum wells2006

    • 著者名/発表者名
      H.Sanada, Y.Kondo, S.Matsuzaka, K.Morita, C.Y.Hu, Y.Ohno, H.Ohno
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 96

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Spin precession of holes in wurtzite GaN studied using the time-resolved Kerr rotation technique2005

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Hu
    • 雑誌名

      Physical Review B 72

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Strong anisotropic spin dynamics in narrow n-InGaAs/AlGaAs(110) quantum wells2005

    • 著者名/発表者名
      K.Morita
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 87

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Gate Control of Dynamic Nuclear Polarization in GaAs Quantum Wells2005

    • 著者名/発表者名
      H.Sanada
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 94

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Strong anisotropic spin dynamics in narrow n-InGaAs/AlGaAs(110) quantum wells2005

    • 著者名/発表者名
      K.Morita, H.Sanada, S.Matsuzaka, G.Y.Hu, Y.Ohno, H.Ohno
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters vol. 87

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Gate Control of Dynamic Nuclear Polarization in GaAs Quantum Wells2005

    • 著者名/発表者名
      H.Sanada, S.Matsuzaka, K.Morita, C.Y.Hu, Y.Ohno, H.Ohno
    • 雑誌名

      Physical Review Letters vol. 94

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Spin precession of holes in wurtzite GaN studied using the time-resolved Kerr rotation technique2005

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Hu, K.Morita, H.Sanada, S.Matsuzaka, Y.Ohno, H.Ohno
    • 雑誌名

      Physical Review B 72

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Strong anisotropic spin dynamics in narrow n-InGaAs/AlGaAs(110) quantum wells2005

    • 著者名/発表者名
      K.Morita, H.Sanada, S.Matsuzaka, C.Y.Hu, Y.Ohno, H.Ohno
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 87

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Electron spin dynamics in InGaAs quantum wells2004

    • 著者名/発表者名
      K.Morita
    • 雑誌名

      Physica E 21

      ページ: 1007-1011

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Electron spin dynamics in InGaAs quantum wells2004

    • 著者名/発表者名
      K.Morita, H.Sanada, S.Matsuzaka, C.Y.Hu, Y.Ohno, H.Ohno
    • 雑誌名

      Physica E vol. 21

      ページ: 1007-1011

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Hysteretic dynamic nuclear polarization in GaAs/AlxGa1-xAs(110) quantum wells2003

    • 著者名/発表者名
      H.Sanada
    • 雑誌名

      Physical Review B 68

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrical electron spin injection with a p^+-(Ga, Mn)As/n^+-GaAs tunnel junction2003

    • 著者名/発表者名
      M.Kohda
    • 雑誌名

      Journal of Superconductivity 16

      ページ: 167-170

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Drift transport of spin polarized electrons in GaAs2003

    • 著者名/発表者名
      H.Sanada
    • 雑誌名

      Journal of Superconductivity 16

      ページ: 217-219

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Hysteretic dynamic nuclear polarization in GaAs/AlXGat.Бs(110) quantum wells2003

    • 著者名/発表者名
      H.Sanada, S.Matsuzaka, K.Morita, C.Y.Hu, Y.Ohno, H.Ohno
    • 雑誌名

      Physical Review B vol. 68

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrical Electron Spin Injection with a p+-(Ga,Mn)As/n+-GaAs Tunnel Junction2003

    • 著者名/発表者名
      M.Kohda, Y.Ohno, K.Takamura, F.Matsukura, H.Ohno
    • 雑誌名

      Journal of Superconductivity vol. 16, Issue 1

      ページ: 167-170

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Drift Transport of Spin-Polarized Electrons in GaAs2003

    • 著者名/発表者名
      H.Sanada, I.Arata, Y.Ohno, K.Ohtani, Z.Chen, K.Kayanuma, Y.Oh, F.Matsukura, H.Ohno
    • 雑誌名

      Journal of Superconductivity vol. 16, Issue 1

      ページ: 217-219

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Spin precession of holes in wurtzite GaN studied using the time-resolved Kerr rotation technique

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Hu, K.Morita, H.Sanada, S.Matsuzaka, Y.Ohno, H.Ohno
    • 雑誌名

      Physical Review B vol. 72

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Sanada: "Hysteretic dynamic nuclear polarization in GaAS/AlxGal-xAs(110) quantum wells"Physical Review B. 68. 241303(1)-241303(4) (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Morita: "Electron Spin Dynamics in InGaAs Quantum Wells"Physica E. 印刷中. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kohda: "Electrical electron spin injection with a p^+-(Ga, Mn)As/n^+-GaAs tunnel junction"Journal of Superconductivity. (印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Sanada: "Drift transport of spin polarized electrons in GaAs"Journal of Superconductivity. (印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2018-03-28  

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