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本研究では、量子ドットの有するクーロンブロッケード現象とゼロ次元離散化量子準位を利用して、2重結合量子ドットで人工的な2準位系を1個だけ形成することを目的とした。そのために、GaAs/AlGaAs2次元電子ガス内に、表面ゲート法を用いて単一および2重結合量子ドットを形成しその基礎的な特性を調べた。その結果、量子ドットでは1ケルビン以下の極低温で明確なゼロ次元離散化準位がある場合のクーロンブロッケード特性を観測した。また、2重結合量子ドットでは準位間の共鳴トンネルおよび2重ドット系のクーロンブロッケードを観測し、人工的な2準位系が形成できる可能性を示した。ただし、準位間のコヒーレンスに関しては、明らかにすることができなかった。また、2重結合量子ドットを用いて、2準位系の読み出しの際に重要となる単一電子の検出の基礎実験を行い、電荷数の変化を信号として読みとることができた。
以上の表面ゲート法を用いた量子ドットはドットサイズの制限から1Kという極低温でしか動作しない。この動作温度を上げること、ドット間のコヒーレンスが長くなることが期待できる超微細直径を持つカーボンナノチューブを利用して量子ドットを形成することを試み、表面ゲートドットに比べて1桁以上大きな帯電エネルギーや量子化準位間隔を得ることができた。さらに、2重結合量子ドットを形成するプロセスを開発した。
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