テラヘルツ電磁波による単一電荷・スピン制御と機能性素子への展開

• 研究課題/領域番号: 25600013
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ構造物理
• 研究機関: 東北工業大学 (2014); 東京大学 (2013)
• 研究代表者: 柴田 憲治 東北工業大学, 工学部, 講師 (00436578)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 量子ドット / テラヘルツ / トランジスタ / テラヘルツ／赤外材料・素子 / 単一電子トランジスタ / テラヘルツ/赤外材料・素子

研究成果の概要

単一の自己組織化量子ドットを用いた単一電子トランジスタ、単一光子発生器などの量子情報処理デバイスは、１つの電子やスピン、光子に情報機能を持たせるため、超低消費電力エレクトロニクスの有望な技術と言われている。自己組織化量子ドットでは、その小さなサイズを反映して、系のエネルギースケールがテラヘルツ（THz）帯の光子のエネルギーに相当することから、THz光子を用いた単一電子／スピン操作の実現が期待される。本研究では、未開拓の周波数帯として知られるTHz電磁波を用いて、単一電荷・スピン制御が可能な機能性素子を作製し、THz電磁波の量子情報処理への応用に新たな道を開くための研究を推進した。

研究成果

• [雑誌論文] “Terahertz intersublevel transitions in single self-assembled InAs quantum dots with variable electron numbers” (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Zhang, K. Shibata, N. Nagai, C. Ndebeka-Bandou, G. Bastard, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: vol. 15 号: 2 ページ: 1166-1170
  • DOI: 10.1021/nl5042319
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] “Cross-sectional transmission electron microscopy analysis of a single self-assembled quantum dot single electron transistor fabricated by atomic force microscope local oxidation” (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Moriya, E. Ikenaga, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Masubuchi, and T. Machida
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: vol. 53 号: 4 ページ: 045202-045202
  • DOI: 10.7567/jjap.53.045202
  • NAID: 210000143529
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron magneto-tunneling through single self-assembled InAs quantum dashes (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, N. Pascher, P. J. J. Luukko, E. Rasanen, S. Schnez, T. Ihn, K. Ensslin, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: vol. 7 号: 4 ページ: 45001-45001
  • DOI: 10.7567/apex.7.045001
  • NAID: 210000137061
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz photon-assisted tunneling in InAs quantum dots (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: vol. 35(Invited paper) 号: 1 ページ: 101-109
  • DOI: 10.1007/s10762-013-0039-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large modulation of zero- dimensional electronic states in quantum dots by electric-double-layer gating (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, H. T. Yuan, Y. Iwasa, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: vol. 4 号: 1 ページ: 2664-2664
  • DOI: 10.1038/ncomms3664
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically tunable three-dimensional g-factor anisotropy in single InAs self-assembled quantum dots (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi, R. S. Deacon, A. Oiwa, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Tarucha
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 87 号: 16 ページ: 1613021-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.161302
  • 査読あり
• [学会発表] 単一InAs量子ドットを用いたトランジスタの特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大石善彦、小野寺毅、日野翼、小野寺拓也、今康幸、柴田憲治
  • 学会等名: 平成27年東北地区若手研究者研究発表会
  • 発表場所: 日本大学工学部
  • 年月日: 2015-02-28
• [学会発表] 原子スケールナノギャップ電極の作製と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 南谷俊樹、佐藤一貴、佐藤諒一、今康幸、小野寺拓也、柴田憲治
  • 学会等名: 平成27年東北地区若手研究者研究発表会
  • 発表場所: 日本大学工学部
  • 年月日: 2015-02-28
• [学会発表] FPGAを用いたナノギャップ金属電極の超高速作製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小野寺拓也、今康幸、柴田憲治
  • 学会等名: 平成27年東北地区若手研究者研究発表会
  • 発表場所: 日本大学工学部
  • 年月日: 2015-02-28
• [学会発表] ナノギャップ電極・単一量子ドット接合系におけるゲート変調効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治、平川一彦
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 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] Terahertz inter-sublevel transitions in single self-assembled InAs quantum dots (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Zhang, K. Shibata, N. Nagai, C. Ndebeka-Bandou, and K. Hirakawa
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN2013)
  • 発表場所: Kauai, USA
• [学会発表] 電気二重層ゲートを用いた単一InAs量子ドットの電子状態の変調 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治、Hongtao Yuan、岩佐義宏、平川一彦
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] 電気二重層ゲートによる単一量子ドットトランジスタの伝導特性の変調 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治、Hongtao Yuan、岩佐義宏、平川一彦
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] Photon-assisted tunneling through InAs quantum dots in the terahertz frequency range (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata and K. Hirakawa
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON18)
  • 発表場所: Matsue, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Very large modulation of electron tunneling through InAs quantum dots by electric-double-layer gating (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, H.T. Yuan, Y. Iwasa and K. Hirakawa
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON18)
  • 発表場所: Matsue, Japan
• [学会発表] Large modulation of electronic states in InAs quantum dots by electric-double-layer gating (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, H.T. Yuan, Y. Iwasa and K. Hirakawa
  • 学会等名: 16th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-16)
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
• [学会発表] Photon-assisted tunneling through self-assembled InAs quantum dots in the Terahertz frequency range (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata and K. Hirakawa
  • 学会等名: The 40th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS2013)
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [備考] 東京大学生産技術研究所 平川研究室ホームページ
  • URL: http://thz.iis.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 柴田憲治 ホームページ
  • URL: http://thz.iis.u-tokyo.ac.jp/shibata/public_html/profile-j.htm
• [備考] 東北工業大学 工学部 知能エレクトロニクス学科 柴田研究室ホームページ
  • URL: http://www.eis.tohtech.ac.jp/study/labs/shibata.html
• [備考] 東京大学生産技術研究所 平川研究室ホームページ
  • URL: http://thz.iis.u-tokyo.ac.jp/member/
• [備考] 東京大学生産技術研究所 平川研究室 柴田憲治の紹介ホームページ
  • URL: http://thz.iis.u-tokyo.ac.jp/shibata/public_html/profile-j.htm