核スピンおよび電子スピン量子ビットの作製と量子操作の実現

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14076215
• 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)
• 研究分担者: 樽茶 清悟 東京大学, 理学系研究科, 教授 (40302799)
• キーワード: 半導体 / スピン / 同位体 / 量子操作 / スピントロニクス

研究概要

核スピン量子構造および結合型縦型量子ドットのデバイス作製技術の確立を目指した研究を展開した。さまざまなSi半導体超構造を分子線エピタキシー(MBE)装置を用いて作製し、特に核スピン層内の核スピン濃度、スペーサー層の厚みの位置と濃度などを系統的に変化させた一連の試料を作製する技術の確立を行った。分子線エピタキシー(MBE)成長における正確な成長速度の確保を目指したSi専用蒸着源(K-cell)を開発し、28Si/30Si同位体超格子を完成した。10nmずつ異なる同位体を積層した場合でも2次イオン質量分析法(SIMs)により28Siと30Siが交互に堆積されている様子が明瞭に得られた。さらに、Siウエハー上でGe量子ドットの位置と大きさを自由自在に制御する手法に関しても予備実験を開始した。量子ドットの位置と大きさが制御できれば、ドット中に閉じ込められた電子スピンや核スピンを量子ビットとして用いることが可能となる。結合型量子ドットでは印加磁場中の電子トンネリングに基づくレベルクロッシング・アンチクロッシングの詳細な解析を行い、縦型結合ドットを横に並べることから量子操作につながる結合をえる道を模索した。

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 Semiconduntors"J. Phys. Soc. Jpn. Suppl.. (印刷中).
• [文献書誌] 伊藤公平, 渡部道生, 大塚洋一: "半導体中の電子はどのように遍歴化するか?:モット・アンダーソン転移の臨界指数"日本物理学会誌. 57・11. 813-821 (2002)
• [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)
• [文献書誌] K.Morita, K.M.Itoh, M.Nakajima, H.Harima, K.Mizoguchi, Y.Shiraki, E.E.Haller: "Raman Spectra of ^<70>Ge/^<76>Ge Isotope Heterostructures with Argon 488nm and 514.5nm Excitations"Physica B. 316-317. 561-564 (2002)