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本研究では、量子ドットを用いた単一スピンの制御を行うことを目的としている。その際、スピンを操作することに関して材料的な観点から研究を行っている。これまで伝統的な化合物半導体と新しい材料であるカーボンナノチューブなどを用いて量子ドットを形成しスピン操作の可能性を探索しているが、今年度はカーボンナノチューブ量子ドットで単一スピンの発生を確認することができた。カーボンナノチューブの量子ドットとしてのクーロンブロッケード特性を測定すると、単電子トランジスタのオーソドックスモデルで説明される振動間隔が一定なクーロン振動に対して、振動間隔自身が大小を繰り返す振動を観測した。これは、電子数の偶奇性効果と呼ばれ、閉じこめによる離散準位間隔が帯電エネルギーに対して無視できないほど大きなカーボンナノチューブに特有のパラメータの関係により初めて可能となる。すなわち、電子数が奇数の時に次の電子が入るときには帯電エネルギーだけのエネルギーですむが、電子数が偶数の時に次の電子が入るときには、同じ軌道はすでに埋められているのでその軌道には入ることができず、一つ上の軌道準位に入らなければならない。このために帯電エネルギーに離散準位間隔を加えたエネルギーが必要となる。このことは、多電子を含むドットであるにもかかわらず、あたかも自由電子のように電子が下の準位から詰まっていることに相当し、このために電子数が奇数個の時にはスピン1/2が発生していることになる。このことを利用すれば、多電子を含む量子ドットにおいても容易に単一スピンを発生することができることを示すことができた。
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