シリコンMOS技術と整合性をもつスピン量子ビットとその大規模集積化

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04000
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 大野 圭司 国立研究開発法人理化学研究所, 石橋極微デバイス工学研究室, 専任研究員 (00302802)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: スピン

研究実績の概要

短チャンネルMOSFET素子にさまざまな値のストレスゲート電圧を一定時間印加し、その前後のクーロンダイヤモンド（CD）特性を比較した。その結果あるストレス電圧値を境にCD特性は大きく変化し、新たなDB欠陥の生成を示唆する結果を得た。素子を一度100℃まで昇温後、再度1.5Kにて測定すると、CD特性はストレス印加前のものにほぼ戻るため、これらの一連の結果はストレス電圧印加後のCD特性の変化が比較的小さなエネルギーで生成・消滅することを示唆しており、水素の剥離によるDB欠陥生成エネルギーと矛盾しないことがわかっている。新たに生じたCD特性の周辺において観測された2重ドット的伝導と、そこでの電気検出磁気共鳴スペクトルの形状について解析を行った。その結果、複数の磁気共鳴スペクトル間に反交差が見られ、これは素子の交換相互作用およびスピン・軌道相互作用に起因することがわかった。2重ドットの各ドットにそれぞれ1つ含まれるスピン間の交換相互作用の大きさは15GHz、スピン・軌道相互作用の大きさは3GHzであった。また共鳴線幅は57MHz (0.65mT)と小さく、長い量子コヒーレンス時間が期待できるものであった。
任意波形発生装置およびマイクロ波スイッチを導入しパルス変調したマイクロ波を生成するための測定系の構築を行った。当初予定していた単一のBD欠陥スピンのコヒーレント操作にまではいたっていない。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

パルス変調したマイクロ波を生成するための測定系の構築に時間を要し、当初予定していた単一のBD欠陥スピンのコヒーレント操作にまではいたっていない。

今後の研究の推進方策

研究計画にそって推進する。

研究成果

• [雑誌論文] Critical Behavior of Alternately Pumped Nuclear Spins in Quantum Dots (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kondo, S. Amaha, K. Ono, K. Kono, and S. Tarucha
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 115 ページ: 186803
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.186803
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Magnetization of a Quantum Point Contact Measured by Nuclear Magnetic Resonance (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kawamura, K.Ono, P. Stano, K.i Kono, and T. Aono,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 115 ページ: 036601
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.036601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic creation of a topologically-ordered Hamiltonian using spin-pulse control in the Heisenberg model (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tanamoto,K. Ono,Y. X. Liu, and F. Nori
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 10076
  • DOI: doi:10.1038/srep10076
  • 査読あり
• [学会発表] 短チャネルトンネルトランジスタにおける結合量子ドット的電子輸送とマイクロ波応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森山悟士, 森貴洋, 大野圭司
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-20 – 2016-03-20
• [学会発表] TFETにおけるチャージポンピングとスピン効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司, 森貴洋, 森山悟士
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-21
• [学会発表] ON current boosting in Silicon-based Tunnel FETs Utilizing Isoelectronic Trap Technology (2015)
  • 著者名/発表者名: [6]T. Mori, Y. Morita, S. Migita, K. Hukuda, Q. Mizubayashi, T. Yasuda, M. Masahoku, T. Matsukawa, H. Ota, S. Moriyama, K. Ono, S. Iizuka, T. Nakayama
  • 学会等名: The 2015 International Workshop on “Dielectric Thin Films for Future Electron Devices (2015 IWDTF)
  • 発表場所: Miraikan（東京都・江東区）
  • 年月日: 2015-11-03 – 2015-11-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シリコンMOS素子における単一電子スピン効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋期学術講演会シンポジウム量子情報へ向けたシリコンテクノロジーからの挑戦
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] Room-temperature single-electron transistor based on tunnel field-effect transistor (TFET) and deep level (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Ono, T. Mori, S. Moriyama
  • 学会等名: Silicon Quantum Electronics Workshop 2015
  • 発表場所: Kagawa international conference hall（香川県・高松市）
  • 年月日: 2015-08-04 – 2015-08-04
  • 国際学会