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本研究の目的は、半導体量子構造によるテラヘルツ(1 THz=10^<12>Hz)帯域の単一光子検出機構を応用して、局所領域からのテラヘルツ放射を超高感度で検出・イメージングする基盤技術を提供することである。特に、単電子トランジスタとして動作する半導体量子ドットや量子ホール効果素子におけるランダウ準位間光学遷移を追及し、テラヘルツ帯域の検出器および光源の可能性を探る。現在、量子ドット検出器はGaAs/AIGaAsヘテロ構造結晶において作製され、強磁場中におけるサイクロトロン共鳴を利用しで2-3THz帯域のフォトンカウンティングに成功している。最近では、固体チップ上でのTHz光子制御を目指し、量子ホールエッジ状態を利用した点光源と量子ドット単一光子検出器を同一基板上で結合させる研究を挙展させている。一方で、検出器開発に関しては、中赤外光への波長拡張を目指し、グラフェンのランダウ準位を利用したTHz素子の開発を推進している。
外国人研究員Dr. Hadley Videlierの研究目的は、グラフェン素子によるテラヘルツ帯の高感度検出器を開発し、局所領域からのTHz放射を超高感度で検出・イメージングする基盤技術を提供することである。特に、単電子トランジスタとして動作する半導体量子ドットや量子ホール効果素子におけるランダウ準位間光学遷移を追及し、テラヘルツ帯域の検出器および光源の可能性を探る。本研究において、(1) Kishグラファイトからの薄層グラフェン剥離方法、(2)グラフェンの電子ビームリソグラフィによる微細加工、(3)接触抵抗の軽減、(4)コンタミや吸着分子の除去、の各方法を研究室内で確立し、Bow-tieアンテナ付きグラフェンTHz素子を作製した。さらに、最近、比較的大きな単層グラフェン片が取り出せるようになったことから、グラフェンのランダウ準位発光をグラフェンそのもので検出するオンチップ・THz検出の素子開発も行った。電磁場解析シミュレーション(FDTD法)を用いて、局所的に発生した単層グラフェンからのランダウ準位発光を効率よく隣接した独立なグラフェンホール素子で検出するための設計を行った。
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