研究課題
特定領域研究
量子情報デバイスへの応用を念頭におき、半導体量子ドット中の電子スピン制御の基礎研究を多角的に遂行した。1.半導体微細加工で作製される微小なくびれ構造、量子ポイントコンタクト(QPC)、を利用した新しいスピン注入のアイディアを提案した。磁場や磁性体物質は不要である。スピン軌道相互作用が存在する場合のQPCの輸送特性を数値計算によって調べ、電気伝導度の量子化が見られること、透過した電子は電流に垂直な方向にスピン分極すること、InGaAsヘテロ構造において50%以上のスピン分極が得られること、を示した。2.電子スピンのコヒーレンスの維持に有利なシリコン量子ドットに着目し、その電子状態を調べた。電子間相互作用を取り入れた数値計算によって、伝導帯の多谷構造を反映して離散エネルギー準位の縮退が生じること、その結果高スピン状態が容易に実現できること、を明らかにした。3.量子ドット中の電子スピンと核スピンの超微細相互作用を研究し、電流誘起の核スピンのエンタングルメント機構を提案した。電子スピンの反転によって核スピン間の量子相関が徐々に成長すること、その結果、電子スピンの反転率が著しく増大すること、を示した。これは二重量子ドットのスピン・プロッケードにおける漏れ電流の増大として観測可能である。4.量子ドットを埋め込んだAharonov-Bohmリングの電気伝導において、電子格子相互作用による位相緩和機構を明らかにした。有限バイアス下での輸送特性を非平衡グリーン関数法を用いた数値計算によって調べ、ファノ共鳴の非対称ピークが高バイアス下で対称な形状に変化する実験結果の説明に成功した。5.その他、強磁性体金属で作られるQPCの電気伝導特性の数値的研究、量子ドット結合系における量子演算の数値シミュレーション、カーボン・ナノチューブを単分子デバイスに利用する場合の外部電極の影響の考察、等をおこない、多くの知見を得た。
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