2003 年度実績報告書

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

研究課題

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	シリコン中の核スピンと電子スピンを利用した量子コンピュータの開発を進めた。核スピン制御に必要な^<28>Si/^<29>Si同位体超格子の作製と評価に成功し、そのスピンダイナミックスを核磁気共鳴法を用いて調べた。また、量子ビットの選択的アクセスに必要なNiFe強磁性体ストライプの開発も進めた。核スピン制御に関しては、核スピン間の結合をスイッチオフするRFパルス列の開発に成功し、量子計算の実現にむけて重要である位相緩和時間を25秒までのばすことに成功した。25秒はこれまでに固体を用いられて測定された最長の位相緩和時間で、この時間内に単一量子ゲート操作が100万回、2量子ゲート操作が1万回できる見込みを示した。これらの数字は実用的な固体量子計算の実現にむけて大変魅力的な値である。また、電子スピンを制御するためにSi基板上にGe量子ドットの位置と大きさを制御する試みも開発した。ここでは原子間力顕微鏡を用いてシリコンウエハー表面を局所的にナノ酸化し、そのエッチング後に残るナノくぼみに選択的にGe量子ドットを成長することに成功した。これによりGe量子ドットの大きさと位置を制御することが可能になり、これをSiキャップ層で覆えば、Geドット直上のシリコン部分に集中するひずみにより電子が局在できると考える。この局在電子を量子計算に利用することを検討中である。Si中の局在電子スピンのコヒーレンスに関する研究も開始した。

研究成果

(8件)

すべてその他

すべて文献書誌 (8件)

[文献書誌] T.Kojima, K.M.Itoh, Y.Shiraki: "Growth and Characterization of ^<28>Si_n/^<30>Si_n Isotope Superlattices"Appl.Phys.Lett.. 83. 2318-2320 (2003)
[文献書誌] K.M.Itoh, J.Kato, F.Uemura, A.K.Kaliteyevskii, 他: "High Purity Isotopically Enriched ^<29>Si and ^<30>Si Single Crystals : Isotope Separation, Purification, and Growth"Jpn.J.Appl.Phys.Pt.1. 42. 6248-6251 (2003)
[文献書誌] J.Kato, K.M.Itoh, H.Yamda-Kaneta, H.-J.Pohl: "Host Isotope Effect on the Localized Vibrational Modes of Oxygen in Isotopically Enriched ^<28>Si, ^<29>Si and ^<30>Si Single Crystals"Phys.Rev.B. 68. 035205 (2003)
[文献書誌] S.Fukatsu, T.Takahashi, K.M.Itoh, M.Uematsu, 他: "The Effect of Partial Pressure of Oxygen on Self-Diffusion on Si in SiO_2"Jpn.J.Appl.Phy.. 42. 1492-1494 (2003)
[文献書誌] S.Fukatsu, T.Takahashi, K.M.Itoh, M.Uematsu, 他: "Effect of the Si/SiO_2 Interface on Self-diffusion of Si in Semiconductor-grade SiO_2"Appl.Phy.Lett.. 83. 3897-3899 (2003)
[文献書誌] A.S.Verhulst, D.Maryenko, Y.Yamamoto, K.M.Itoh: "Double and Single Peaks in Nuclear Magnetic Resonance Spectra of Natural and 29Si Enriched Single Crystal Silicon"Phys.Rev.B. 68. 054105(1)-054105(6) (2003)
[文献書誌] T.Graf, T.Ishikawa, K.M.Itoh, E.E.Haller, M.Stutzmann, M.S.Brandt: "Hyperfine Interactions at Dangling Bonds in Amorphous Germanium"Phys.Rev.B. 68. 205208 (2003)
[文献書誌] K.Tanigaki, T.Shimizu, K.M.Itoh, J.Teraoka, Y.Moritomo, S.Yamanaka: "Mechanism of superconductivity in the polyhedral-network compound Ba_8Si_<46>"Nature Materials. 2. 653-655 (2003)

2003 年度 実績報告書

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

研究代表者

伊藤 公平 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (30276414)

研究成果

[文献書誌] T.Kojima, K.M.Itoh, Y.Shiraki: "Growth and Characterization of ^<28>Si_n/^<30>Si_n Isotope Superlattices"Appl.Phys.Lett.. 83. 2318-2320 (2003)

[文献書誌] K.M.Itoh, J.Kato, F.Uemura, A.K.Kaliteyevskii, 他: "High Purity Isotopically Enriched ^<29>Si and ^<30>Si Single Crystals : Isotope Separation, Purification, and Growth"Jpn.J.Appl.Phys.Pt.1. 42. 6248-6251 (2003)

[文献書誌] J.Kato, K.M.Itoh, H.Yamda-Kaneta, H.-J.Pohl: "Host Isotope Effect on the Localized Vibrational Modes of Oxygen in Isotopically Enriched ^<28>Si, ^<29>Si and ^<30>Si Single Crystals"Phys.Rev.B. 68. 035205 (2003)

[文献書誌] S.Fukatsu, T.Takahashi, K.M.Itoh, M.Uematsu, 他: "The Effect of Partial Pressure of Oxygen on Self-Diffusion on Si in SiO_2"Jpn.J.Appl.Phy.. 42. 1492-1494 (2003)

[文献書誌] S.Fukatsu, T.Takahashi, K.M.Itoh, M.Uematsu, 他: "Effect of the Si/SiO_2 Interface on Self-diffusion of Si in Semiconductor-grade SiO_2"Appl.Phy.Lett.. 83. 3897-3899 (2003)

[文献書誌] A.S.Verhulst, D.Maryenko, Y.Yamamoto, K.M.Itoh: "Double and Single Peaks in Nuclear Magnetic Resonance Spectra of Natural and 29Si Enriched Single Crystal Silicon"Phys.Rev.B. 68. 054105(1)-054105(6) (2003)

[文献書誌] T.Graf, T.Ishikawa, K.M.Itoh, E.E.Haller, M.Stutzmann, M.S.Brandt: "Hyperfine Interactions at Dangling Bonds in Amorphous Germanium"Phys.Rev.B. 68. 205208 (2003)

[文献書誌] K.Tanigaki, T.Shimizu, K.M.Itoh, J.Teraoka, Y.Moritomo, S.Yamanaka: "Mechanism of superconductivity in the polyhedral-network compound Ba_8Si_<46>"Nature Materials. 2. 653-655 (2003)

2003 年度実績報告書

伊藤公平慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (30276414)