半導体"核スピン"超格子の作製と物性研究への応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13874039
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 伊藤 公平 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (30276414)
• キーワード: 量子ホール効果 / 同位体 / スピントロニクス / 核スピン

研究概要

最近の光NMRや量子ホール効果の測定により、4K程度の比較的高い温度でも核スピンの効果が顕著に現れることが確認された。これらの実験では、GaAs/GaAlAsが用いられ、^<69>Ga、^<71>Ga、^<75>Asの核スピンが観測された。このように新しいNMRが開発され、物理現象が発見された現在、半導体中の核スピン分布を系統的に操作することが新しいデバイスの開発や物理の発見につながる可能性が高くなった。よって、本申請では核スピン"あり"と"なし"の安定同位体を有するSiとGeを用いて核スピン超構造を作製し、系統的な核スピン研究を実施することを目的としている。今年度は、シリコン核スピンを利用した量子コンピュータの構成をまとめることに成功し論文として発表した。また、28Si、29si、30si同位体のバルク単結晶成長と、それらを原始レベルの制御で交互に積層した28si/30si同位体超格子の作製に成功した。成長された同位体超格子は2次イオン質量分析装置(SIMS)とラマン分光により評価され、実際に原子レベルの精度で異なる同位体が積層されていることを確認した。今後は核スピンなしとありの28Si/29Siの積層を行い目的とする核スピン物性の解明に利用する。

研究成果

• [文献書誌] A.V.Kolobov, K.Morita, K.M.Itoh, E.E.Haller: "A Raman Scattering Study of Self-Assembled Pure Isotope Ge/Si(100) Quantum Dots]"Appl.Phys.Lett.. 81・20. 3855-3857 (2002)
• [文献書誌] K.M.Itoh, M.Watanabe, Y.Ootuka, E.E.Haller: "Comparison of the Effects of the Doping-Compensation and Magnetic-Field on the Metal-Insulator Transition of Ge : Ga"J.Phys.Soc.Jpn.Suppl.. (印刷中).
• [文献書誌] J.Kato, K.M.Itoh: "Far-Infrared Spectroscopy of Coulomb Gap in Compensated Semiconductors"J.Phys.Soc.Jpn.Suppl.. (印刷中).
• [文献書誌] T.D.Ladd, J.R.Goldman, F.Yamaguchi, Y.Yamamoto, E.Abe, K.M.Itoh: "An All Silicon Quantum Computer"Phys.Rev.Lett.. 89. 017901-1 (2002)