ダイナミック量子ドットを用いたスピン量子情報伝送

• 研究課題/領域番号: 24686004
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 眞田 治樹 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (50417094)
• 研究協力者: 国橋 要司 ; 後藤 秀樹 ; 小野満 恒二 ; 好田 誠 ; 新田 淳作 ; サントス パウロ ; 寒川 哲臣
• 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: 22,360千円 (直接経費: 17,200千円、間接経費: 5,160千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2013年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2012年度: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)
• キーワード: スピン / スピン軌道相互作用 / 表面弾性波 / 電子スピン共鳴 / 量子ドット / スピン起動相互作用

研究成果の概要

電子スピンは量子情報処理で使われる量子ビットの有力候補である。これまでスピンの操作には電子スピン共鳴(ESR)が不可欠と考えられてきたが、一般的なESRで必要となる外部磁場の空間領域は電子一個の占める範囲よりもはるかに広いため、磁場発生に要したエネルギーの大部分が無駄になってしまう点が問題とされていた。そこで我々は、半導体に超音波を伝搬させることで実現される「ダイナミックドット」を用いた実験を行い、外部磁場が全くなくても通常のESRと同様のスピンの運動が生じる様子を観測することに成功した。本現象を用いれば、移動経路の適切な設計により、スピンの向きを任意方向に変化させることが可能になる。

研究成果

• [雑誌論文] Nonlinear optical spectra having characteristics of Fano interferences in coherently coupled lowest exciton biexciton states in semiconductor quantum dots (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Gotoh, H. Sanada, H. Yamaguchi, and T. Sogawa
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 4 号: 10 ページ: 107124-107124
  • DOI: 10.1063/1.4898642
  • 査読あり
• [雑誌論文] 磁場を使わない電子スピン操作－移動スピン共鳴 (2014)
  • 著者名/発表者名: 眞田 治樹
  • 雑誌名: パリティ 巻: 2014年2月号 ページ: 48-51
  • NAID: 40019950465
• [雑誌論文] 半導体におけるスピン軌道相互作用の新展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 好田 誠、眞田 治樹
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 第83巻 第3号 ページ: 200-204
  • NAID: 130007718459
• [雑誌論文] Modifying exciton optical properties in quantum dots with coherent phonons induced by ultrafast optical pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Gotoh, H. Sanada, H. Yamaguchi, and T. Sogawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: Vol.103 号: 11 ページ: 112104-112104
  • DOI: 10.1063/1.4821198
  • 査読あり
• [雑誌論文] 無磁場ESRによる電子スピン操作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 眞田 治樹、国橋 要司、後藤 秀樹、小野満 恒二、寒川 哲臣
  • 雑誌名: NTT技術ジャーナル 巻: Vol.25 No.9 ページ: 60-64
• [雑誌論文] Manipulation of mobile spin coherence using magnetic-field-free electron spin resonance (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sanada, Y. Kunihashi, H. Gotoh, M. Kohda, J. Nitta, P. V. Santos, and T. Sogawa
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 9 号: 5 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1038/nphys2573
  • 査読あり
• [学会発表] Electrical control of drifting spin coherence in GaAs quantum well (2015)
  • 著者名/発表者名: 国橋要司、眞田治樹、後藤秀樹、小野満恒二、好田誠、新田淳作、寒川哲臣
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] Detection of the exact persistent spin helix state using drift spin transport in GaAs quantum well (2014)
  • 著者名/発表者名: 国橋要司、眞田治樹、後藤秀樹、小野満恒二、好田誠、新田淳作、寒川哲臣
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] 量子ドット中の励起子分子状態の2色PL励起スペクトル法による評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 後藤秀樹、眞田治樹、山口浩司、寒川哲臣
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] Anisotropic spin dynamics of drifting electrons with coexistence of Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kunihashi, H. Sanada, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, and T. Sogawa
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2014)
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2014-09-09
• [学会発表] 半導体中のスピン軌道相互作用を用いた無磁場スピン共鳴 (2014)
  • 著者名/発表者名: 眞田治樹
  • 学会等名: 物理学会2014年秋季大会 シンポジウム「表面スピンの基礎物性とスピントロニクス応用」
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-08
  • 招待講演
• [学会発表] Direct imaging of long-distance spin transport under persistent spin helix condition in GaAs quantum well (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kunihashi, H. Sanada, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, and T. Sogawa
  • 学会等名: International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2014)
  • 発表場所: アメリカ、オースティン
  • 年月日: 2014-08-14
• [学会発表] 表面弾性波を用いた電子スピン輸送と無磁場ESR (2014)
  • 著者名/発表者名: 眞田治樹、国橋要司、後藤秀樹、小野満恒二、好田誠、新田淳作、P.V. Santos、寒川哲臣
  • 学会等名: 東京大学生産技術研究所 光電子融合研究センター公開シンポジウム～光電子融合の展望～
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所
  • 年月日: 2014-04-15
• [学会発表] GaAs量子井戸中をドリフトする電子スピンのゲート電界制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 国橋要司、眞田治樹、後藤秀樹、小野満恒二、好田誠、新田淳作、寒川哲臣
  • 学会等名: 東京大学生産技術研究所 光電子融合研究センター公開シンポジウム～光電子融合の展望～
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所
  • 年月日: 2014-04-15
• [学会発表] 表面弾性波による電子スピン操作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 眞田治樹
  • 学会等名: 物理学会第68回年次大会、領域4, 3, 5, 7, 10合同シンポジウム「フォノンの理解・制御によるエレクトロニクスの新展」
  • 発表場所: 広島大学(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Magnetic-field-free electron spin resonance in winding GaAs channel
  • 著者名/発表者名: H. Sanada, Y. Kunihashi, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, P. V. Santos, and T. Sogawa
  • 学会等名: 16th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-16)
  • 発表場所: ヴロツワフ
  • 招待講演
• [学会発表] Manipulation of electron spin coherence using acoustically induced moving dots in semiconductors
  • 著者名/発表者名: H. Sanada, Y. Kunihashi, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, P. V. Santos, and T. Sogawa
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN 2013)
  • 発表場所: カウアイ島
  • 招待講演
• [学会発表] 移動スピン共鳴
  • 著者名/発表者名: 眞田治樹，国橋要司，後藤秀樹，小野満恒二，好田誠，新田淳作， P.V. Santos，寒川哲臣
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会、シンポジウム「スピン流物理の新展開」
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Spin transport and manipulation by surface acoustic waves
  • 著者名/発表者名: T. Sogawa and H. Sanada
  • 学会等名: 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 招待講演
• [学会発表] Coherent manipulation of electron spins travelling in semiconductors without external magnetic fields
  • 著者名/発表者名: H. Sanada, Y. Kunihashi, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, P. V. Santos, and T. Sogawa
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2013)
  • 発表場所: NTT厚木研究開発センタ
• [学会発表] Gate-controlled spin precession of drifting electrons in GaAs QW
  • 著者名/発表者名: Y. Kunihashi, H. Sanada, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, and T. Sogawa
  • 学会等名: 16th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-16)
  • 発表場所: ヴロツワフ
• [学会発表] Gate Control of Spatial Electron Spin Distribution in Persistent Spin Helix State
  • 著者名/発表者名: Y. Kunihashi, H. Sanada, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, and T. Sogawa
  • 学会等名: Solid State Device and Materials (SSDM)
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーホーク
• [学会発表] GaAs量子井戸中をドリフトする電子スピンの電気的制御
  • 著者名/発表者名: 国橋要司，眞田治樹，後藤秀樹，小野満恒二，好田誠，新田淳作，寒川哲臣
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] 永久スピンらせん状態における光励起スピンダイナミクスのモンテカルロシミュレーション
  • 著者名/発表者名: 国橋要司，眞田治樹，後藤秀樹，小野満恒二，好田誠，新田淳作，寒川哲臣
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] Coherent manipulation of electron spins in acoustically induced moving dots
  • 著者名/発表者名: H. Sanada, Y. Kunihashi, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, P. V. Santos, and T. Sogawa
  • 学会等名: Ｔhe 8th International Conference on Quantum Dots (QD2014)
  • 発表場所: ピサ
  • 招待講演
• [備考] NTT物性科学基礎研究所
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp
• [備考] NTT物性科学基礎研究所
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/
• [備考] NTT物性科学基礎研究所ホームページ
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp
• [産業財産権] 電子スピン制御装置および制御方法 (2014)
  • 発明者名: 眞田、国橋、後藤、寒川、好田、青木、新田
  • 権利者名: 眞田、国橋、後藤、寒川、好田、青木、新田
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-107791
  • 出願年月日: 2014-05-26
• [産業財産権] 電子スピン操作素子 (2013)
  • 発明者名: 眞田治樹、後藤秀樹、寒川哲臣、パウロサントス
  • 権利者名: NTTおよびポール・ドルーデ固体エレクトロニクス研究所
  • 産業財産権番号: 2013-034618
  • 出願年月日: 2013-03-13