高対称ナノ構造による高忠実な非古典的光子発生

• 研究課題/領域番号: 16H02203
• 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: 物性Ⅰ
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 迫田 和彰 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 特命研究員 (90250513)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 46,020千円 (直接経費: 35,400千円、間接経費: 10,620千円); 2019年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2018年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2017年度: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円); 2016年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
• キーワード: 量子ドット / 等電子トラップ / フォトニック結晶 / 単一光子 / もつれ合い光子対

研究成果の概要

液滴エピタキシー法による高対称量子ドットの励起子発光を利用した，高効率・高忠実な非古典光の発生と，新しい材料系の開発による波長領域の拡大を主な目標として研究を実施し，以下の研究成果を得た。①電流励起型非古典光子源の実現，②液滴エピタキシー法による通信波長帯の非古典光子源の開発，③励起子アハラノフ・ボーム効果の解析と観測用試料の作製，④パーセル効果による等電子トラップからの単一光子の発光促進，⑤Cdカルコゲナイドナノプレートの合成と励起子発光の解析，⑥トポロジカルフォトニック結晶によるカイラル導波路の解析と設計，⑦磁気光学測定による，高対称GaAs量子ドットの超微細相互作用の大きさの決定。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来の光励起による量子もつれ合い光子対発生に加えて，p-i-n接合による電流励起型素子が実現できたこと，および，通信波長帯の高対称量子ドットが開発できたことから，量子暗号通信への応用が期待できる。また，液滴エピタキシーによる高対称量子ドットの作製と両立する，トポロジカルフォトニック結晶のエッジ状態を利用した一方通行円偏光導波路を用いることで，マイクロ光回路による光子対の空間分離が可能となり，量子もつれ合い光子源の飛躍的な小型化も期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] モスクワ大学/ヨッフェ研究所/レべデフ物理研究所(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ミラノ・ビコッカ大学(イタリア)
• [国際共同研究] 国立交通大学(台湾)
• [国際共同研究] トゥールーズ大学(フランス)
• [国際共同研究] モスクワ大学/ヨッフェ研究所/レべデフ物理研究所(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ミラノ・ビコッカ大学(イタリア)
• [国際共同研究] 国立交通大学(台湾)
• [国際共同研究] トゥールーズ大学(フランス)
• [国際共同研究] モスクワ大学/ヨッフェ研究所(ロシア連邦)
• [国際共同研究] トゥールーズ大学(フランス)
• [国際共同研究] モスクワ大学/ヨッフェ研究所/レベデフ物理研究所(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ミラノ・ビコッカ大学(イタリア)
• [国際共同研究] 国立交通大学(台湾)
• [国際共同研究] トゥールーズ大学(フランス)
• [国際共同研究] チュラロンコーン大学(タイ)
• [雑誌論文] Single photon emission from droplet epitaxial quantum dots in the standard telecom window around a wavelength of 1.55 μm (2020)
  • 著者名/発表者名: Neul Ha, Takaaki Mano, Samuel Dubos, Takashi Kuroda, Yoshiki Sakuma, Kazuaki Sakoda
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 13 号: 2 ページ: 025002-025002
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ab6e0f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced Spontaneous Emission Rates for Single Isoelectronic Luminescence Centers in Photonic Crystal Cavities (2020)
  • 著者名/発表者名: Ruoxi Wang, Michio Ikezawa, Yoshiki Sakuma, Yoshimasa Sugimoto, Naoki Ikeda, Hiroyuki Takeda, Kazuaki Sakoda, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 7 号: 2 ページ: 321-326
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.9b00616
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current-injection quantum-entangled-pair emitter using droplet epitaxial quantum dots on GaAs(111)A (2019)
  • 著者名/発表者名: Neul Ha, Takaaki Mano, Takashi Kuroda, Yoshiki Sakuma, Kazuaki Sakoda
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 115 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.5103217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous folding of CdTe nanosheets induced by ligand exchange (2018)
  • 著者名/発表者名: Roman B. Vasiliev, Elizabeth P. Lazareva, Daria A. Karlova, Alexey V. Garshev, Yuanzhao Yao, Takashi Kuroda, Alexander M. Gaskov, Kazuaki Sakoda
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 30 号: 5 ページ: 1710-1717
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b05324
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electrically tunable dynamic nuclear spin polarization in GaAs quantum dots at zero magnetic field (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Manca, G. Wang, T. Kuroda, S. Shree, A. Balocchi, P. Renucci, X. Marie, M. V. Durnev, M. M. Glazov, K. Sakoda, T. Mano, T. Amand, B. Urbaszek
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 112 号: 14
  • DOI: 10.1063/1.5024619
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Self-assembly of vertically aligned quantum ring-dot structure by multiple droplet epitaxy (2017)
  • 著者名/発表者名: Martin Elborg, Takeshi Noda, Takaaki Mano, Takashi Kuroda, Yuanzhao Yao, Yoshiki Sakuma, Kazuaki Sakoda
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 477 ページ: 239-242
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2017.03.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scroll-like alloyed CdSxSe1-x nanoplatelets: facile synthesis and detailed analysis of tunable optical properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Natalia N. Schlenskaya, Yuanzhao Yao, Takaaki Mano, Takashi Kuroda, Alexey V. Garshev, Vadim F. Kozlovskii, Alexander M. Gaskov, Roman B. Vasiliev, Kazuaki Sakoda
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 20 号: 2 ページ: 579-586
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b03876
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-energy exciton transitions in quasi-2D cadmium chalcogenide nanoplatelets (2017)
  • 著者名/発表者名: Roman B. Vasiliev, Alexander I. Lebedev, Elizabeth P. Lazareva, Natalia N. Shlenskaya, Vladimir B. Zaytsev, Alexei G. Vitukhnovsky, Yuanzhao Yao, Kazuaki Sakoda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.165414
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Excitonic Aharonov-Bohm effect in QD-on-ring nanostructures (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuanzhao Yao, Martin Elborg, Takashi Kuroda, Kazuaki Sakoda
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 29 号: 38 ページ: 385301-385301
  • DOI: 10.1088/1361-648x/aa7c90
  • NAID: 130007511325
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetospectroscopy of excited states in charge-tunable GaAs/AlGaAs [111] quantum dots (2016)
  • 著者名/発表者名: M. V. Durnev, M. Vidal, L. Bouet, T. Amand, M. M. Glazov, E. L. Ivchenko, P. Zhou, G. Wang, T. Mano, N. Ha, T. Kuroda, X. Marie, K. Sakoda, B. Urbaszek
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.245412
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Growth of Metamorphic InGaAs on GaAs (111)A: Counteracting Lattice Mismatch by Inserting a Thin InAs Interlayer (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Mano, Kazutaka Mitsuishi, Neul Ha, Akihiro Ohtake, Andrea Castellano, Stefano Sanguinetti, Takeshi Noda, Yoshiki Sakuma, Takashi Kuroda, Kazuaki Sakoda
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: 16 号: 9 ページ: 5412-5417
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.6b00899
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Wavelength extension beyond 1.5μm in symmetric InAs quantum dots grown on InP(111)A using droplet epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: Neul Ha, Takaaki Mano, Yu-Nien Wu, Ya-Wen Ou, Shun-Jen Cheng, Yoshiki Sakuma, Kazuaki Sakoda, Takashi Kuroda
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 号: 10 ページ: 101201-101201
  • DOI: 10.7567/apex.9.101201
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hyperfine coupling of hole and nuclear spins in symmetric (111)-grown GaAs quantum dots (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Vidal, M. V. Durnev, L. Bouet, T. Amand, M. M. Glazov, E. L. Ivchenko, P. Zhou, G. Wang, T. Mano, T. Kuroda, X. Marie, K. Sakoda, B. Urbaszek
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.121302
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Type-II recombination dynamics of tensile-strained GaP quantum dots in GaAs grown by droplet epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: Patchareewan Prongjit, Somchai Ratanathammaphan, Neul Ha, Takaaki Mano, Kazuaki Sakoda, Takashi Kuroda
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 109 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4965873
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] High Q topologically protected chiral waveguide in layered system (2020)
  • 著者名/発表者名: アフシャン べガム，姚遠昭，武田良彦，迫田和彰
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] Quantum entangled photon emitting diodes based on GaAs quantum dots on (111)A: Robustness against increasing temperature (2019)
  • 著者名/発表者名: Neul Ha, Takaaki Mano, Takashi Kuroda, Kazuaki Sakoda
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Current-injection quantum-entangled-photon-pair emitter using GaAs quantum dots: Robustness against increasing temperature (2019)
  • 著者名/発表者名: Neul Ha, Takaaki Mano, Takashi Kuroda, Yoshiki Sakuma, Kazuaki Sakoda
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 液滴エピタキシー法によるInAs/InP(111)A量子ドットの自己形成における高温結晶化過程の導入 (2019)
  • 著者名/発表者名: 間野高明，Neul Ha，黒田隆，野田武司，佐久間芳樹，迫田和彰
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] High Q topologically protected chiral waveguide in layered system (2019)
  • 著者名/発表者名: Afshan Begum, Yuanzhao Yao, Yoshihiko Takeda, Kazuaki Sakoda
  • 学会等名: The 4th A3 Metamaterials Forum
  • 国際学会
• [学会発表] Excitonic Aharonov-Bohm effect in quantum dot-ring coupled structures (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuanzhao Yao, Martin Elborg, Takaaki Mano, Takashi Kuroda, Kazuaki Sakoda
  • 学会等名: SPIE Photonics West
  • 国際学会
• [学会発表] 液滴エピタキシー法によるInAlAs/InP(111)A上InAs量子ドット形成 におけるInAs下地層の効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 間野高明，Neul Ha，黒田隆，大竹晃浩，佐久間芳樹，野田武司，迫田和彰
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Excitonic Aharonov-Bohm effect in ring-shaped semiconductor nanostructures (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuanzhao Yao, Martin Elborg, Takaaki Mano, Takashi Kuroda, Kazuaki Sakoda
  • 学会等名: CLEO Pacific Rim 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フォトニック結晶共振器による単一等電子発光中心の発光寿命制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 王若曦，池沢道男，山田雄太，佐久間芳樹，武田寛之，池田直樹，杉本喜正，迫田和彰，舛本泰章
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 等電子トラップを埋め込んだフォトニック結晶共振器による単一光子発生と発光寿命制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 王若曦，池沢道男，山田雄太，佐久間芳樹，武田寛之，池田直樹，杉本喜正，迫田和彰，舛本泰章
  • 学会等名: 日本物理学会2017年春季大会
• [学会発表] 量子リング・量子ドット複合ナノ構造の励起子アハラノフ・ボーム効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Yao, M. Elborg, 黒田隆，迫田和彰
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Study on coherence time and indistinguishability of single photons from nitrogen im-purity centers in GaAs (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Ikezawa, L. Zhang, Y. Sakuma, K. Sakoda, Y. Masumoto
  • 学会等名: QD 2016
  • 国際学会
• [学会発表] Robustness characterization of entangled-photon emitters based on natural-ly-symmetric droplet quantum dots (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kuroda, N. Ha, T. Mano, Y. Sakuma, K. Sakoda
  • 学会等名: QD 2016
  • 国際学会
• [学会発表] Droplet epitaxial growth of highly symmetric InAs quantum dots on InAl-GaAs/InP(111)A emitting at telecom 1.55 micron-m wavelength (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Ha, T. Mano, Y. Sakuma, K. Sakoda, T. Kuroda
  • 学会等名: QD 2016
  • 国際学会
• [学会発表] 量子ドットもつれ光子源の安定性について (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒田隆，間野高明，Ha Neul，佐久間芳樹，迫田和彰
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Entangled photon emitting diode based on GaAs droplet quantum dots (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Ha, T. Mano, Y. Sakuma, K. Sakoda, T. Kuroda
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] InGaAs/InAs/GaAs(111)A成長時の格子緩和機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 間野高明，三石和貴，大竹晃浩，Neul Ha，Andrea Castellano, Stefano Sanguinetti，野田武司，佐久間芳樹，黒田隆，迫田和彰
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] GaAs中の窒素不純物を利用した明るい単一光子源 (2016)
  • 著者名/発表者名: 王若曦，池沢道男，張遼，山田雄太，佐久間芳樹，武田寛之，池田直樹，杉本喜正，迫田和彰，舛本泰章
  • 学会等名: 第2回TIA光・量子計測シンポジウム
  • 招待講演
• [図書] Micro- and Nanophotonic Technologies (2017)
  • 著者名/発表者名: Patrick Meyrueis, Kazuaki Sakoda, Marcel Van de Voorde
  • 総ページ数: 571
  • 出版者: Wiley
  • ISBN: 9783527699957