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窒化物半導体量子ドットにおける単一電子スピンの赤外光制御とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 14205015
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用物理学一般
研究機関東京工業大学

研究代表者

川崎 宏治 (2003)  東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (10234056)

青柳 克信 (2002)  東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (70087469)

研究分担者 石橋 幸治  理化学研究所, 極微デバイス工学研究室, 主任研究員 (30211048)
武内 道一  理化学研究所, 半導体工学研究室, 研究員 (60284585)
川崎 宏治  東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (10234056)
研究期間 (年度) 2002 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
55,770千円 (直接経費: 42,900千円、間接経費: 12,870千円)
2003年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
2002年度: 40,430千円 (直接経費: 31,100千円、間接経費: 9,330千円)
キーワード量子ドット / 単一電子 / スピン / 赤外制御 / 窒化物半導体 / カーボンナノチューブ / 窒化物 / 半導体量子ドット / 単一電子スピン / クーロンブロッケード / MBE / 選択成長法 / 電子スピン / 赤外光 / GaN / AlN / 単一電子トランジスタ
研究概要

自然形成させたGaN/AIN量子ドットを用いた単一電子トランジスタを作製し、クーロンプロッケード現象、共鳴トンネル現象を観測した。窒化物半導体量子ドット内の単一電子スピンを赤外線円偏向パルスを用いて反転励起させる量子ビットの実現法を提案した。自発分極を利用した量子相関素子は窒化物半導体特有である。選択成長法を用いて窒化物半導体量子ドットの位置制御が可能であることを示した。ヘテロ構造の形成が容易に可能である。共鳴トンネルダーオードを試作した結果、理論特性とよく符号する結果が得られた。良好なヘテロ界面の形成を実現した。縦型の単一電子トランジスタを作製した。0次元離散化準位を介在した単一電子輸送特性が得られた。赤外線で励起可能なエネルギースケールまで、デバイス設計が実現した。シングルウォールカーボンナノチューブ(SWNT)においてスピン縮退した量子準位における,電子の偶奇性効果,単一電子スピン状態の生成と2電子殻構造の観測をおこなった。量子準位のゼーマン分裂の観測した結果、磁場による量子準位の影響はゼーマン効果しかなく,その結果は,SWNT人工原子が自然の原子と同様な振る舞いをすることを示している。量子準位のゼーマン分裂と単一電子スピン状態の形成による,スピン2準位系の形成をおこなった。スピン縮退に加えて,SWNTのバンド構造に起因する2つの量子準位の効果を示す,4電子殻構造の観測と、磁場依存性による電子充填構造の解明を行った。相互作用する2電子スピン系における,シングレット・トリプレット状態を観測した。観測。そして,それに伴う電子スピンのエンタングルメント状態の生成を行った。SWNT入工原子のおける量子準位のゲート霜圧の依存性,および,電子間相互作用の電子殻構造への影響を解明し、SWNT人工原子の,多体系の相互作用を含むエネルギーパラメータを導出した。

報告書

(3件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2005 2004 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (13件) 文献書誌 (1件)

  • [雑誌論文] Four-electron shell structures and an interacting two-electron system in carbon nanotube quantum dots2005

    • 著者名/発表者名
      S.Moriyama
    • 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
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Importance of electron-electron interactions and Zeeman splitting in single-wall carbon nanotube quantum dots2005

    • 著者名/発表者名
      S.Moriyama
    • 雑誌名

      Physica E 26

      ページ: 473-476

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Four-electron shell structures anad an interacting two-electron system in carbon nanotube quantum dots2005

    • 著者名/発表者名
      S.Moriyama, T.Fuse, M.Suzuki, Y.Aoyagi, K.Ishibashi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 94

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Importance of electron-electron interactions and Zeeman splitting in signle-wass carbon nanotube quantum dots2005

    • 著者名/発表者名
      S.Moriyama, T.Fuse, M.Suzuki, Y.Aoyagi, K.Ishibashi
    • 雑誌名

      Physica E{26}

      ページ: 473-476

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Selecting single quantum dots from a bundle of single-wall carbon nanotubes using effect of the large current flow'2004

    • 著者名/発表者名
      S.Moriyama
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials 5

      ページ: 613-615

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Carbon nanotubes as a building block of quantum dot devices2004

    • 著者名/発表者名
      M.Suzuki, K.Tsuya, S.Moriyama, T.Fuse, Y.Aoyagi, K.Ishibashi
    • 雑誌名

      Physica E{24}

      ページ: 10-13

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Selecting single quantum dots from a bundle of single-wall carbon nanotubes using effect of the lareg current flow2004

    • 著者名/発表者名
      S.Moriyama, T.Fuse, M.Suzuki, Y.Aoyagi, K.Ishibashi
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials {5}

      ページ: 613-615

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Two-electron and four-electron periodicity in single-wall carbon nanotube quantum dots2004

    • 著者名/発表者名
      T.Fuse, S.Moriyama, Y.Aoyagi, M.Suzuki, K.Ishibashi
    • 雑誌名

      Superlattices and Microstructures {34}

      ページ: 377-382

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrical transport in semiconducting single-wall carbon nanotubes2004

    • 著者名/発表者名
      S.Moriyama, K.Toratani, D.Tsuya, M.Suzuki, Y.Aoyagi, K.Ishibashi
    • 雑誌名

      Physica E{24}

      ページ: 46-49

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of the large current flow on the low temperature transport properties in a bundle of single-wall carbon nanotubes"2003

    • 著者名/発表者名
      T.Fuse
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 83

      ページ: 3803-3805

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of the large current flow on the low temperature transport properties in a bundle of single-wall carbon nanotubes2003

    • 著者名/発表者名
      T.Fuse, S.Moriyama, M.Suzuki, Y.Aoyagi, K.Ishibashi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters {83}

      ページ: 3803-3805

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Formation of GaN nanopillars by selective area growth using ammonia gas source molecular beam epitaxy2002

    • 著者名/発表者名
      Koji Kawasaki
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 243

      ページ: 129-133

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Formation of GaN nanopillars by selective area growth using ammonia gas source molecular beam epitaxy2002

    • 著者名/発表者名
      Koji Kawasaki, Ikuo Nakamatsu, Hideki Hirayama, Kazuo Tsutsui, Yoshinobu Aoyagi
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 243

      ページ: 129-133

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Koji Kawasaki, Ikuo Nakamatsu, Hideki Hirayama, Kazuo Tsutsui, Yoshinobu Aoyagi: "Formation of GaN nanopillars by selective area growth using ammonia gas source molecular beam epitaxy"Journal of CRYSTAL GROWTH. 243. 129-133 (2002)

    • 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: 2016-04-21  

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