半導体ナノ構造中２準位系の共鳴エネルギー変動の研究

• 研究課題/領域番号: 24310084
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 熊野 英和 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (70292042)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 20,280千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 4,680千円); 2014年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2013年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2012年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: 量子ドット / 量子情報 / 量子光源 / 荷電状態制御 / 光子相関測定 / キャリアダイナミクス / 単一光子光源 / 半導体ナノ構造 / 単一量子ドット / 励起子 / 荷電状態 / 光子相関 / コヒーレンス

研究成果の概要

単一のInAs量子ドット構造を用いて強固な秘匿通信を可能とする単一光子光源構造を作製し、生成光子状態の動的変動を理解するためドット構造内部の荷電状態変動の検討を行った。独自開発した金属微小鏡筒構造により、通常の平面構造では１％程度の光子取り出し効率について１８％迄の向上に成功、詳細な状態解析を可能とした。
光子相関法に基づき高い時間分解能で観測した状態揺動を、単一量子ドット内に形成される荷電状態を５準位系でモデル化し、ある初期条件の下での分布の時間変動シミュレーションにより解析した結果、高い精度で実測結果を再現することに成功、量子光源を特徴付ける動的荷電状態変動の制御に向けて重要な知見を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Subwavelength metallic cavities with high-Q resonance modes (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Ishihara, H. Kurosawa, T. Takemoto, N. A. Jahan, H. Nakajima, H. Kumano, and I. Suemune
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 26 号: 8 ページ: 085201-085201
  • DOI: 10.1088/0957-4484/26/8/085201
  • NAID: 120005697196
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vanishing fine structure splittings in telecom wavelength quantum dots grown on (111)A surfaces by droplet epitaxy (2014)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, N. Ha, H. Nakajima, T. Mano, T. Kuroda, B. Urbaszek, H. Kumano, I. Suemune, Y. Sakuma, and K. Sakoda
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.081301
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-photon interference and coherent control of single InAs quantum dot emissions in an Ag-embedded structure (2014)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, H. Kumano, H. Nakajima, S. Odashima, T. Asano, T. Kuroda, and I. Suemune
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 116 号: 4
  • DOI: 10.1063/1.4891224
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier-transfer dynamics between neutral and charged excitonic states in a single quantum dot probed with second-order photon correlation measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: 中島秀朗、熊野英和、飯島仁史、小田島聡、末宗幾夫
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.045324
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Photon Extraction from a Quantum Dot by a Silver Microcolumnar Photon Reflector (2013)
  • 著者名/発表者名: 熊野英和、中島秀朗、飯島仁史、小田島聡, 松尾保孝、居城邦治、末宗幾夫
  • 雑誌名: Applied Physicas Express 巻: 6 号: 6 ページ: 062801-062801
  • DOI: 10.7567/apex.6.062801
  • 査読あり
• [雑誌論文] “Bright Single-photon Source Based on an InAs Quantum Dot in a Silver-embedded Nanocone Structure” (2013)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, T. Asano, S. Odashima, H. Nakajima, H. Sasakura, H. Kumano, and I. Suemune
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 102 号: 13 ページ: 131114-131114
  • DOI: 10.1063/1.4801334
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fiber-Based Bidirectional Solid-State Single-Photon Emitter Based on Semiconductor Quantum Dot (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sasakura, X. Liu, S. Odashima, H. Kumano, S. Muto, and I. Suemune
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 6 号: 6 ページ: 065203-065203
  • DOI: 10.7567/apex.6.065203
  • NAID: 10031181989
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous dip observed in intensity autocorrelation function as an inherent nature of single-photon emitters (2012)
  • 著者名/発表者名: 中島秀朗、 熊野英和、 飯島仁史、 末宗幾夫
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101 号: 16 ページ: 161107-161107
  • DOI: 10.1063/1.4760222
  • 査読あり
• [学会発表] Entangled and nonlocal biphoton generation from a semiconductor quantum dot (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kumano, H. Nakajima, T. Kuroda, T. Mano, K. Sakoda, and I. Suemune
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology meeting 2015 (EMN Phuket)
  • 発表場所: Phuket (Thailand)
  • 年月日: 2015-05-04 – 2015-05-07
  • 招待講演
• [学会発表] Nonlocal biphoton generation from as-grown semiconductor quantum dot (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Kumano, H. Nakajima, X. Liu, T. Kuroda, T. Mano, and I. Suemune
  • 学会等名: 15th RIES-Hokudai International Symposium
  • 発表場所: 北海道大学 （北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-12-16 – 2014-12-17
• [学会発表] Semiconductor-Quantum-Dot-Based Photon Sources for Quantum Communication (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Kumano
  • 学会等名: HOKUDAI-NCTU Joint Symposium on Nano, Photo and Bio Sciences
  • 発表場所: 北海道大学 （北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Postselection-free Entangled Photons from Highly Symmetric Quantum Dots Grown by Droplet Epitaxy (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kuroda, T. Mano, K. Sakoda, B. Urbaszek, X. Marie, T. Amand, H. Nakajima, H. Kumano, and I. Suemune
  • 学会等名: SPIE Nanoscience + Engineering
  • 発表場所: San Diego, CA (USA)
  • 年月日: 2014-08-17 – 2014-08-21
  • 招待講演
• [学会発表] Metallic Semiconductor Nanostructures for Photonic Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Kumano, H. Kurosawa, X. Liu, H. Nakajima, S. Odashima, and I. Suemune
  • 学会等名: International Conference on Metamaterials and Nanophysics
  • 発表場所: Varadero (Cuba)
  • 年月日: 2014-04-22 – 2014-05-01
  • 招待講演
• [学会発表] Semiconductor Quantum Dots and Their Metal-embedded Nanostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kumano, X. Liu, H. Nakajima, S. Odashima, and I. Suemune
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology (EMN2013)
  • 発表場所: Homeland Hotel, Chengudu, China
  • 招待講演
• [学会発表] Semiconductor Photon Sources of Single Photons and Entangled Photon Pairs for Quantum Information and Communication (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kumano, H. Nakajima, T. Kuroda, T. Mano, K. Akahane, M. Sasaki and I. Suemune
  • 学会等名: Quantum Science Symposium Asia-2013
  • 発表場所: Sanjo Conference Hall, Tokyo, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Improvement of semiconductor-based quantum emitter achieved by a metal embedded nanocone structure (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kumano, H. Nakajima, T. Kuroda, T. Mano, K. Akahane, M. Sasaki and I. Suemune
  • 学会等名: 14th RIES-Hokudai International Symposium
  • 発表場所: Chateraise Gateaux Kingdom, Sapporo, Japan
• [学会発表] Evaluating charge-transfer rate in a quantum dot based on single photon correlation measurements (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kumano, et al.
  • 学会等名: 13th RIES-Hokudai international Symposium
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
• [学会発表] General photon autocorrelation function including carrier repopulation process in single-photon emitters (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Nakajima, et al.
  • 学会等名: 39th International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: カリフォルニア工科大学 (アメリカ)
• [学会発表] Charging and discharging of neutral exciton state in a single quantum dot selectively excited quasi-resonant excitation (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Nakajima, et al.
  • 学会等名: 31st International conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2012)
  • 発表場所: ETH Zurich (スイス).
• [学会発表] Fiber-based bidirectional extraction from a single photon emitter (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sasakura, et al.
  • 学会等名: 13th RIES-Hokudai international Symposium
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)