シングルリード量子ドットを用いた半導体微細構造中のスピン現象の研究

• 研究課題/領域番号: 25800173
• 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: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 大塚 朋廣 独立行政法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 特別研究員 (50588019)
• 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: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 量子ドット / メゾスコピック系 / マイクロ・ナノデバイス / 局所プローブ / 半導体微細構造 / 量子細線 / 量子ホール効果 / ナノ・マイクロデバイス / 量子ポイントコンタクト

研究成果の概要

半導体量子ドット等を利用した新しい局所プローブを用いて、半導体微細構造中の局所電子、スピン状態、およびその物理現象を調べた。具体的には、量子ポイントコンタクトを用いた量子ホールエッジ状態におけるエネルギー緩和測定について解析を行い、エネルギー緩和の測定メカニズムを調べた。また局所電子、スピン状態の静的な特性だけでなく、そのダイナミクスまで含めて測定できる高速局所電子状態プローブを、半導体量子ドットを用いた局所プローブと高周波測定技術を組み合わせて実現した。そしてこの新プローブを量子ドット内局所電子状態の測定に適用し、その動作、特性を調べた。

研究成果

• [雑誌論文] Fast Electrical Control of Single Electron Spins in Quantum Dots with Vanishing Influence from Nuclear Spins (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Yoneda, T. Otsuka, T. Nakajima, T. Takakura, T. Obata, M. Pioro-Ladriere, H. Lu, C. J. Palmstrom, A. C. Gossard, S. Tarucha
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 113 号: 26
  • DOI: 10.1103/physrevlett.113.267601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-spin manipulation in a double quantum dot with micromagnet (2014)
  • 著者名/発表者名: Stefano Chesi, Ying-Dan Wang, Jun Yoneda, Tomohiro Otsuka, Seigo Tarucha, and Daniel Loss
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 号: 23 ページ: 2353111-12
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.235311
  • 査読あり
• [雑誌論文] Full control of quadruple quantum dot circuit charge states in the single electron regime (2014)
  • 著者名/発表者名: M. R. Delbecq, T. Nakajima, T. Otsuka, S. Amaha, J. D. Watson, M. J. Manfra, S. Tarucha
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 18 ページ: 1831111-3
  • DOI: 10.1063/1.4875909
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single to quadruple quantum dots with tunable tunnel couplings (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Takakura, A. Noiri, T. Obata, T. Otsuka, J. Yoneda, K. Yoshida, S. Tarucha
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 11 ページ: 113109-113109
  • DOI: 10.1063/1.4869108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of Energy Relaxation in Quantum Hall Edge States Utilizing Quantum Point Contacts (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Otsuka, Y. Sugihara, J. Yoneda, T. Nakajima, and S. Tarucha
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 号: 1 ページ: 14710-14710
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.014710
  • 査読あり
• [学会発表] Realization of a Fast Single-lead Quantum Dot Probe and Evaluation of the Properties by Probing Quantum Dot States (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Otsuka, Shinichi Amaha, Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Jun Yoneda, Kenta Takeda, Retsu Sugawara, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2015-07-27
• [学会発表] シングルリード量子ドットプローブの高速化と量子ドット状態測定による性能評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大塚朋廣、天羽真一、中島峻、Matthieu Delbecq、米田淳、武田健太、菅原烈、Arne Ludwig、Andreas Wieck、 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 新宿
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Addressable single-spin control in multiple quantum dots coupled in series (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbeq, Tomohiro Otsuka, Shinichi Amaha, Jun Yoneda, Akito Noiri, Andreas D. Wieck, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: San Antonio, U. S. A.
  • 年月日: 2015-03-04
  • 招待講演
• [学会発表] Vanishing Influence from Nuclear Spins on Strongly Driven Single Electron Spins in Quantum Dots (2015)
  • 著者名/発表者名: Jun Yoneda*, Tomohiro Otsuka*, Takashi Nakajima, Tatsuki Takakura, Toshiaki Obata, Michel Pioro-Ladrière, Hong Lu, Christopher Palmstrøm, Arthur C. Gossard, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Quantum System and Nuclear Spin Related Phenomena
  • 発表場所: Zao, Japan
  • 年月日: 2015-02-19
• [学会発表] Addressable Control of Three Spin Qubits in Semiconductor Triple Quantum Dot (2014)
  • 著者名/発表者名: Matthieu R. Delbeq, Takashi Nakajima, Tomohiro Otsuka, Shinichi Amaha, Jun Yoneda, Akito Noiri, Andreas D. Wieck, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems
  • 発表場所: Hawaii, U. S. A.
  • 年月日: 2014-12-01
• [学会発表] 三重量子ドットを用いたスピン・キュービット実験II (2014)
  • 著者名/発表者名: 中島峻、大塚朋廣、マシュー・デルベック、天羽真一、米田淳、野入亮人、武田健太、菅原烈、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-09-08
• [学会発表] 三重量子ドットを用いたスピン・キュービット実験I (2014)
  • 著者名/発表者名: 大塚朋廣、中島峻、マシュー・デルベック、天羽真一、米田淳、野入亮人、武田健太、菅原烈、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-09-08
• [学会発表] Full control of quadruple quantum dot circuit charge states in the single electron regime (2014)
  • 著者名/発表者名: Matthieu R. Delbecq, Takashi Nakajima, Tomohiro Otsuka, Shinichi Amaha, John D. Watson, Michael J. Manfra, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: International Conference on The Physics of Semiconductors
  • 発表場所: Austin, U. S. A.
  • 年月日: 2014-08-13
• [学会発表] Addressable control of single spin qubits in lateral triple quantum dot (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbeq, Tomohiro Otsuka, Shinichi Amaha, Jun Yoneda, Akito Noiri, Andreas D. Wieck, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-08
• [学会発表] Scaling-up Spin Qubits in Semiconductor Quantum Dots
  • 著者名/発表者名: Takashi Nakajima, Tomohiro Otsuka, Matthieu R. Delbeq, Shinichi Amaha, Jun Yoneda, Akito Noiri, Kenta Takeda, Jun Kamioka, Retsu Sugawara, John Watson, Michael J. Manfra, Andreas D. Wieck, and S. Tarucha
  • 学会等名: FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Fast Single Spin Operation in Semiconductor Quantum Dots
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Otsuka*, Jun Yoneda*, Takashi Nakajima, Tatsuki Takakura, Katsuharu Yoshida, Toshiaki Obata, and Seigo Tarucha (*equal contribution)
  • 学会等名: FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Direct phase control of a single spin qubit
  • 著者名/発表者名: Jun Yoneda*, Tomohiro Otsuka*, Takashi Nakajima, Tatsuki Takakura, Toshiaki Obata, Hong Lu, Christopher Palmstrom, Arthur C. Gossard, and Seigo Tarucha (*equal contribution)
  • 学会等名: International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology
  • 発表場所: Chicago, U.S.A.
• [学会発表] Coherent dynamics of a strongly driven single electron spin
  • 著者名/発表者名: Jun Yoneda*, Tomohiro Otsuka*, Takashi Nakajima, Tatsuki Takakura, Toshiaki Obata, Hong Lu, Christopher Palmstrom, Arthur C. Gossard, and Seigo Tarucha (*equal contribution)
  • 学会等名: International Conference on Electronic Properties of Two-dimentional Systems
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
• [学会発表] Probing energy relaxation in quantum Hall edge states utilizing quantum point contacts
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Otsuka*, Yuuki Sugihara*, Jun Yoneda, Takashi Nakajima and Seigo Tarucha (*equal contribution)
  • 学会等名: International Conference on Electronic Properties of Two-dimentional Systems
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
• [学会発表] 縦横結合4重量子ドットの電気伝導特性
  • 著者名/発表者名: 天羽真一、M. Delbecq、中島峻、大塚朋廣、大野圭司、D. G. Austing、 羽田野剛司、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 平塚
• [学会発表] 単一電子スピン量子ビットの位相ゲート
  • 著者名/発表者名: 米田淳、大塚朋廣、中島峻、高倉樹、小幡利顕、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島
• [学会発表] 3端子3重量子ドットにおけるパウリスピンブロッケード
  • 著者名/発表者名: 野入亮人、高倉樹、小幡利顕、大塚朋廣、中島峻、米田淳、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島
• [学会発表] 量子ポイントコンタクトを用いた量子ホールエッジ状態におけるエネルギー緩和の観測
  • 著者名/発表者名: 大塚朋廣、杉原裕規、米田淳、中島峻、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島
• [備考] 大塚朋廣のページ
  • URL: http://tomootsuka.net/
• [備考] 大塚朋廣のページ
  • URL: http://tomootsuka.net/