InAs量子ドットにおけるスピン検出と電子スピン緩和過程の制御

• 研究課題/領域番号: 15K17681
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 木山 治樹 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (80749515)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: 量子ドット / 電荷検出 / スピン検出 / 自己形成量子ドット

研究成果の概要

本研究課題では、InAs自己形成量子ドットにおける電荷・スピン検出に取り組んだ。まず電荷検出に関しては、検出対象の量子ドット近傍の別の量子ドットを検出器とすることで電荷検出を示唆する結果が得られた。また、量子ドットの静電環境感度向上のために電極形状を改良し、感度を2.5倍以上改善した。また優れたスピンコヒーレンスが期待されるSiGe量子ドットにも着目した。単一正孔トランジスタを作製し、近藤効果を観測した。

研究成果

• [雑誌論文] Design of bull’s eye structures on gate-defined lateral quantum dots (2017)
  • 著者名/発表者名: Rio Fukai, Tomohiro Nakagawa, Haruki Kiyama, and Akira Oiwa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 56 号: 4S ページ: 04CK04-04CK04
  • DOI: 10.7567/jjap.56.04ck04
  • NAID: 210000147631
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conversion from Single Photon to Single Electron Spin Using Electrically Controllable Quantum Dots (2017)
  • 著者名/発表者名: Akira Oiwa, Takafumi Fujita, Haruki Kiyama, Giles Allison, Arne Ludwig, Andreas S. Wieck, and Seigo Tarucha
  • 雑誌名: Journal of the Phisical Society of Japan 巻: 86
  • NAID: 210000134212
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-Shot Ternary Readout of Two-Electron Spin States in a Quantum Dot Using Spin Filtering by Quantum Hall Edge States (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kiyama, T. Nakajima, S. Teraoka, A. Oiwa, and S. Tarucha
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 号: 23 ページ: 236802-236802
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.236802
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin-dependent current through a quantum dot from spin-polarized nonequilibrium quantum Hall edge channels (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kiyama, T. Nakajima, S. Teraoka, A. Oiwa, S. Tarucha
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 15 ページ: 155302-155302
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.155302
  • 査読あり
• [学会発表] 量子ホールエッジ状態と結合した量子ドットにおける二電子スピン単発三値読み出し (2017)
  • 著者名/発表者名: 木山治樹、中島峻、寺岡総一郎、大岩顕、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Design of bull’s eye structures a on gate-defined lateral quantum dots (2016)
  • 著者名/発表者名: Rio Fukai, Tomohiro Nakagawa, Haruki Kiyama and Akira Oiwa
  • 学会等名: 2016 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] 横型量子ドット上のブルアイ構造の設計 (2016)
  • 著者名/発表者名: 深井利央, 中川智裕, 木山治樹, 大岩顕
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Design of bull’s eye structures a on gate-defined lateral quantum dots (2016)
  • 著者名/発表者名: Rio Fukai, Tomohiro Nakagawa, Haruki Kiyama and Akira Oiwa
  • 学会等名: 9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-08-08
  • 国際学会
• [学会発表] Single-electron charge sensing in InAs self-assembled quantum dots (2016)
  • 著者名/発表者名: Haruki Kiyama, Takashi Hirayama, Ryoki Shikishima, Sadashige Matsuo, Shoji Baba, Naomi Nagai, Kazuhiko Hirakawa, Seigo Tarucha, and Akira Oiwa
  • 学会等名: 9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-08-08
  • 国際学会
• [学会発表] Transport and optical properties of (110) GaAs quantum wells for photon-spin quantum state transfer using heavy hole states (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nakagawa, Rio Fukai, Haruki Kiyama, Julian Ritzmann, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, and Akira Oiwa
  • 学会等名: 9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-08-08
  • 国際学会
• [学会発表] Single-shot ternary of electron spin states in a quantum dot coupled to quantum Hall edge states (2016)
  • 著者名/発表者名: Haruki Kiyama, Takashi Nakajima, Soichiro Teraoka, Akira Oiwa, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: 31th International Conference on Physics of Semiconductors
  • 発表場所: 中国、北京
  • 年月日: 2016-07-31
  • 国際学会
• [学会発表] Efficient control over wavefunctions of electrons in self-assembled InAs quantum dots using side-gating (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryoki Shikishima, Haruki Kiyama, Shoji Baba, Takashi Hirayama, Naomi Nagai, Kazuhiko Hirakawa, Seigo Tarucha, and Akira Oiwa
  • 学会等名: Frontiers in Quantum Materials and Devices Workshop
  • 発表場所: 理化学研究所 和光地区
  • 年月日: 2016-06-13
  • 国際学会
• [学会発表] Single-shot Readout of Three Two-electron Spin States in a Quantum Dot Coupled to Quantum Hall Edge States (2016)
  • 著者名/発表者名: Haruki Kiyama, Takashi Nakajima, Soichiro Teraoka, Akira Oiwa, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: Frontiers in Quantum Materials and Devices Workshop
  • 発表場所: 理化学研究所 和光地区
  • 年月日: 2016-06-13
  • 国際学会
• [学会発表] 重い正孔励起による光子 電子間量子状態変換に向けた(110)GaAs量子井戸基板の電気的および光学的評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中川智裕, 深井利央, 木山治樹, Julian Ritzmann, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, 大岩顕
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
• [学会発表] InSb低次元系における電気伝導 (2016)
  • 著者名/発表者名: 多田誠樹, 大岩顕, 木山治樹, 赤羽浩一
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
• [学会発表] Transport though InAs self-assembled quantum dots controlled by sidegate voltages (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Oiwa, Ryoki Shikishima, Takashi Hirayama, Haruki Kiyama, Shoji Baba, Naomi Nagai, Kazuhiko Hirakawa, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnologes
  • 発表場所: アメリカ、ハワイ
  • 年月日: 2015-11-29
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of electrode-geometries on the transport properties of InAs self-assembled quantum dots (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kiyama, R. Shikishima, S. Baba, T. Hirayama, N. Nagai, K. Hirakawa, S. Tarucha, and A. Oiwa
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Nanotechnology (ISNTT2015)
  • 発表場所: 厚木
  • 年月日: 2015-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] 異なる電極形状によるInAs自己形成量子ドットの電気伝導特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 敷島稜紀, 大岩顕, 木山治樹, 馬場翔二, 平山孝志, 長井奈緒美, 平川一彦, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会
• [学会発表] Single‐shot readout of electron spins in a quantum dot using spin filtering by quantum Hall edge states (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kiyama, A. Oiwa, and S. Tarucha
  • 学会等名: 第5回半導体量子効果と量子情報の夏期研修会
  • 発表場所: 那須
  • 年月日: 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Transport properties of InAs self-assembled quantum dots with different electrode geometries (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hirayama, R. Shikishima, S. Baba, H. Kiyama, N. Nagai, K. Hirakawa, S. Tarucha, and A. Oiwa
  • 学会等名: 第5回半導体量子効果と量子情報の夏期研修会
  • 発表場所: 那須
  • 年月日: 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Single‐shot readout of electron spins in a quantum dot using spin filtering by quantum Hall edge states (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kiyama, A. Oiwa, and S. Tarucha
  • 学会等名: SpinTech VIII
  • 発表場所: スイス、バーゼル
  • 年月日: 2015-08-10
  • 国際学会
• [学会発表] Transport properties of InAs self-assembled quantum dots with different electrode geometries (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Shikishima, H. Kiyama, S. Baba, T. Hirayama, N. Nagai, K. Hirakawa, S. Tarucha, and A. Oiwa
  • 学会等名: 17th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-17)
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] Selective Injection of Single Electron Spins into a Quantum Dot using Spin-polarized Non-equilibrium Quantum Hall Edge Channels (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kiyama, T. Nakajima, S. Teraoka, A. Oiwa, and S. Tarucha
  • 学会等名: 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [備考] 大阪大学産業科学研究所大岩研究室
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/qse/index.html
• [備考] 大阪大学産業科学研究所量子システム創成研究分野大岩研究室
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/qse/index.html