研究課題
単一電子スピンの磁化を共鳴操作する手法の一つに、スピン軌道相互作用が作る有効磁場を活用した方法が研究され、これを利用して量子ドットの中に閉じ込めた電子スピンを量子情報に応用する研究が続いている。ただし、操作中に発生する熱や電子の閉じ込めの強さのために、電子振動から発生する有効磁場を大きくとれず、結果のラビ周波数が限られていた。本研究では、トンネル結合した複数の量子ドットの中に単一電子スピンを閉じ込めることで、最低限の交流電場を使いながら電子振動の振幅を大きくとり、ドットとドットの間の距離を活用する方法を実証した。結果として、これまでの半導体量子ドット系で開発されてきた他の手法によるラビ振動数を上回る操作速度を達成した。スピン軌道相互作用を利用したスピン共鳴の特徴は、スピンを運ぶ電子を移動させて、移動距離に比例した有効磁場を発生させる点にある。電子スピンを閉じ込めるために形成した量子ドットは、電場に対する分極が小さいが、量子ドットを連ねて、その間を電子が移動できるようにトンネル結合しておけば、同じ電場の強度でもドットの間隔分だけ分極を倍増できるため、これを電子スピン共鳴に応用する着想から実験を行った。トンネル結合した量子ドットの特徴がどのようにスピン共鳴に影響を与えるか調べるために、始めにスピン緩和時間への効果を確かめた。実際に電子がドット間を行き来できる点では、緩和時間が短くなり、スピン軌道相互作用の効果が増大している知見が得られた。この条件で電子に交流電場を与え、スピン共鳴を実現した。実際に単一量子ドットの場合と比べて桁違いにラビ振動が速くなっていること、トンネル結合やエネルギー離調、高周波の強度に最適な条件が存在する結果も得られた。数値計算と合わせることで背景の物理に関する知見が得られ、新たに非平衡状態の電子スピンダイナミクスを探求する可能性を示すこともできた。
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すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 6件)
Nature Communications
巻: 10 ページ: 2991-1 - 2991-6
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npj Quantum Information
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