量子ポイントコンタクトにおけるスピンの生成と操作

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19204030
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 落合 勇一 千葉大学, 大学院・融合科学研究科, 教授 (60111366)
• 研究分担者: 青木 伸之 千葉大学, 大学院・融合科学研究科, 准教授 (60312930)
• キーワード: 量子ポイントコンタクト(QPC) / スピン生成 / スピン操作 / 走査ゲート顕微法(SGM) / 結合量子ポイントコンタクト / 局在磁気モーメント(LMM) / 近藤効果 / マイクロ派パルス伝導

研究概要

放系量子構造での共鳴相互作用を調べるために、量子ポイントコンタクト(QPC)試料の低温磁気伝導を観測しで、マイクロ波域パルス照射による伝導観測を行うための実験研究を行った。局在磁気モーメント(LMM)の局所的な変調を行うことでスピンの局在位置を特定してスピン操作やスピン生成を行うため、海外共同研究者の米国SUNYバッファロー校のJ.pI. バード教授と共同研究を行った。その結果、結合QPCでの電子間相互作用にスピン関与が明らかにになり、マイクロ波などの電磁波照射による効果を調べる上での重要な知見を得た。これを詳しく調べるため、超伝導Tマグネット中で測定試料の電流方向が磁場軸に対して回転できるように、超小型超音波モーターによる回転機構を導入して、低温下での電流軸角度制御を行い実験した。また、SGMクライオスタットに新たな超伝導マグネットを導入し、極低温SPMの観測の実験を行い、20年度末には磁場なしでの低温下SGM観測を行うことができた。さらに多重結合QPC構造を用いた共鳴相互作用におけるマイクロ波域パルス伝導観測のために、高易動度半導体のみでなく、2層グラフィンを量子ドットとする新しい量子構造についても基礎実験を行った。その結果高易動度半導体で作製した場合と同様あるいはそれ以上の性能を有する多重結合QPCが得られることがわかった。電子スピンが関与していると予想される、QPCにおける0.7構造め調査も行われ、国内での学会や外国での招待講演等にて発表し、近藤効果との関連性について明らかにした。結合QPCでの波動関数マッピングやスピン分極波の伝導経路の計算機解析の準備が並列計算型コア4計算機を用いて行われた。

研究成果

• [雑誌論文] Detector backaction on the self-consistent bound state in quantum point contacts (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Yoon, M.-G, Kang, T. Morimoto, L. Mourokh, N.Aoki. J. L. Reno, J. p. Bird, and Y. Ochiai
  • 雑誌名: Physical Review B 79 ページ: 121304(R)-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of bias-dependent potential barriers using scanning gate microscopy in copper-phthalocyanine field-effect transistor (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, K. Matsusaki, K. Sudou, and Y. Ochiai
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science Technology B 27 ページ: 785-788
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of open quantum dot via low temperature scanning gate microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, A. M. Burke, R. Akis, Y.Ochiai, and D. K. Ferry
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 27 ページ: 7022002-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scanning gate study of organic thin-film field-effect transistor (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Aoki, K. Sudou, K. Matsusaki, K. Okamoto, Y.Ochiai
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 109 ページ: 102007-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magneto-resistance peaks and phase breaking behaviour in a thin multi-walled carbon nanotube (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamura, T. Hatori, Y. Nakamura, N. Aoki, J. P. Bird, Y. Ochiai
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 109 ページ: 102018-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fractal behaviour in graphene open quantum dot (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ujiie, N. Yumoto, T. Morimoto, N. Aoki, Y. Ochiai
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 109 ページ: 102035-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging classical and quantum structures in an open quantum dot using scanning gate microscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: A. M. Burke, N-Aoki. R. Akis, Y. Ochiai, and D. K. Ferry
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science Technology B 26 ページ: 1488-1491
  • 査読あり
• [学会発表] グラフェンにおける伝導度ゆらぎの解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 氏家洋平, 本岡正太郎, 青木伸之, J.p.バード, 落合勇二
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学, 豊島区
  • 年月日: 20090327-30
• [学会発表] 量子細線における0.7構造の類似現象 (2009)
  • 著者名/発表者名: 遠藤孝, 湯本昇, 森本崇宏, 岩田朋大, 青木伸之, 落合勇一, J.p.バード
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学, 豊島区
  • 年月日: 20090327-30
• [学会発表] 走査ゲート顕微法によるボトムコンタクト型有機半導体FETの注入障 (2009)
  • 著者名/発表者名: 青木伸之, 松崎一孝, 矢萩達朗, 須藤紘平, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学, 豊島区
  • 年月日: 20090327-30
• [学会発表] MWNT磁気伝導の磁場角度依存性II (2009)
  • 著者名/発表者名: 木田理夫, 富樫祐子, 中村義英, 羽鳥哲矢, 青木伸之, 落合勇二, J.p.バード
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学, 豊島区
  • 年月日: 20090327-30
• [学会発表] 窒素ドープ多層カーボンナノチューブの低温磁気伝導 (2009)
  • 著者名/発表者名: 羽鳥哲矢, 木田理夫, 中村義英, 富樫祐子, 清野篤郎, 青木伸之, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学, 豊島区
  • 年月日: 20090327-30
• [学会発表] Probing current and temperature effects on the direct insulator-quantum Hall ransition (2009)
  • 著者名/発表者名: K-Y. Chen, C-T. Liang, N.Aoki, Y.Ochiai, K-A. Cheng, L-H. Lin, C-F.Huang, Y-R. Li, Y-S. Tseng, C-K, Yang, P-T. Lin, J-Y. Wu, S-D. Lin
  • 学会等名: March 2009 Meeting of The American Physics Society
  • 発表場所: David L. Lawrence Convention Center, USA
  • 年月日: 20090316-20
• [学会発表] 多層カーボンナノチューブの低温磁気伝導における位相緩和現象の観測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木田理夫, 羽鳥哲矢, 中村雅英, 富樫祐子, 青木伸之, J.p. バード, 落合勇一
  • 学会等名: 第36回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 名城大学, 名古屋市
  • 年月日: 20090302-04
• [学会発表] 2層グラフェンにおける電極界面キャリア注入機構の観測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 氏家洋平, 本岡正太郎, 森本崇宏, 青木伸之, D.K. フェリー, J.p.バード, 落合勇一
  • 学会等名: 第36回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 名城大学, 名古屋市
  • 年月日: 20090302-04
• [学会発表] 光を照射した_<C60>の電気伝導特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 干葉康人, 都司一, 上野岬, 陳仕任, 青木伸之, 落合勇一
  • 学会等名: 第36回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 名城大学, 名古屋市
  • 年月日: 20090302-04
• [学会発表] Observation of quasi-periodic conductance fluctuations in a bilayer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Ujiie, s. Motooka, N. Aoki, Y. Ochiai T. Morimoto, D. K. Ferry, and J. p. Bird
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscience and Qu antum Physics (nanoPHYS'09)
  • 発表場所: International House of Japan, Tokyo
  • 年月日: 20090223-25
• [学会発表] 多層カーボンナノチューブ素子における巨大磁気抵抗効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 落合勇一, 青木伸之, 石橋幸治
  • 学会等名: 特定領域研究「カーボンナノチューブナノエレクドロニクス」平成20年度第2回研究会
  • 発表場所: KKR熱海, 熱海市
  • 年月日: 20081219-21
• [学会発表] Application for field effect transistor with C_<C60> Nanowhiskers (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ogawa, H. Tsuji, N. Aoki, J. p. Bird and Y. Ochiai
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2008 (IUMRS-ICA 2008)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center, Nagoya
  • 年月日: 20081209-13
• [学会発表] Carrier Injection Property of C60 Thin Film Transistor via Displacement Current Measurement (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Aoki, Y. Chiba,S-R. Chen, H. Tsuji, M. Ueno, K. Ogawa, J. p. Bird and Y. Ochiai
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2008 (IUMRS-ICA 2008)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center, Nagoya
  • 年月日: 20081209-13
• [学会発表] Electronic properties of Photo-beam-irradiated C_<C60> (2008)
  • 著者名/発表者名: S-R. Chen, H. Tsuji, M. Ueno,Y. Chiba,N.Aoki. J. Onoe and Y. Ochiai
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2008 (IUMRS-ICA 2008)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center, Nagoya
  • 年月日: 20081209-13
• [学会発表] Magneto-Resistance and Phase Breaking in a Thin MWNT (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Togashi, T. Kawamura, T. Hatori, Y. Nakamura, N.Aoki, J.p. Bird, and Y. Ochiai
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2008 (IUMRS-ICA 2008)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center, Nagoya
  • 年月日: 20081209-13
• [学会発表] Non-Uniform Carrier Injection Properties in Organic Field Effect Transistor (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki. K. Sudou, K. Matsusaki, and Y. Ochiai
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2008 (IUMRS-ICA 2008)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center, Nagoya
  • 年月日: 20081209-1
• [学会発表] Observation of Fractal Magneto-conductance in Bilayer Graphene (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ujiie, s. Motooka, N.Aoki, J.p. Bird, and Y. Ochiai
  • 学会等名: The 6th Quantum Transport Nano-Hana International Workshop(QTNH 2008)
  • 発表場所: Chiba University, Chiba
  • 年月日: 20081024-25
• [学会発表] Observation of AlGaAs/GaAs quantum point contact using scanning gate microscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, A. Burke, C. R.da Cunha, R. Akis, D.K. Ferry, and Y. Ochiai
  • 学会等名: The 6th Quantum Transport Nano-Hana International Workshop (QTNH 2008)
  • 発表場所: Chiba University, Chiba
  • 年月日: 20081024-25
• [学会発表] Individual characterization of non-uniform hole-injection barriers in organic FET via scanning gate microscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Aoki, K. Sudou, K. Matsuzaki, and Y. Ochiai
  • 学会等名: The 2nd IEEE Nanotechnology Materials and D evices Conference (IEEE-NMDC 2008)
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 20081020-22
• [学会発表] グラフェンにおける低温伝導特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 氏家洋平, 本岡正太郎, 湯本昇, 青木伸之, J.p.バード, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学, 盛岡市
  • 年月日: 20080920-23
• [学会発表] 走査ゲート顕微法によるボトムコンタクト型有機半導体FETの局所ゲート特性評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松崎一孝, 須藤紘平, 青木伸之, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学, 盛岡市
  • 年月日: 20080920-23
• [学会発表] エッチングで作製したGaAs系量子ポイントコンタクトのSGM観察 (2008)
  • 著者名/発表者名: 青木伸之, A. Burke, R. Akis, D.K. Ferry, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学, 盛岡市
  • 年月日: 20080920-23
• [学会発表] 量子細線における近藤効果のゲート形状依存性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 遠藤孝, 湯本昇 ,森本崇宏, 岩田彫大, 青木伸之, 落合勇一, J.P.パート
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学, 盛岡市
  • 年月日: 20080920-23
• [学会発表] 多層カーボンナノチューブの干渉効果におけるリードコンタクト依存症 (2008)
  • 著者名/発表者名: 羽鳥哲矢, 木田理夫, 中村義英, 富樫祐子, 青木伸之, M-G. Kane, J.P. Bird, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学, 盛岡市
  • 年月日: 20080920-23
• [学会発表] MWNT磁気伝導の磁場角度依存性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 木田理夫, 羽鳥哲矢, 中村義英, 富樫祐子, 青木伸之, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学, 盛岡市
  • 年月日: 20080920-23
• [学会発表] Magneto-resistance peak-structures in monolayer graphene FET (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ujiie, N. Yumoto, N. Aoki, and Y. Ochiai
  • 学会等名: The 14th International Symposium on the Physics of Semiconductor and Applications (ISPSA 2008)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20080826-29
• [学会発表] canning gate imaging of non-uniform hole-injection barriers of bottom-contact-type organic FET (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Aoki, K. Sudou, K. Matsuzaki, and Y. Ochiai
  • 学会等名: The 14th International Symposium on the Physics of Semiconductor and Applications (ISPSA 2008)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20080826-29
• [学会発表] Probing direct insulator-quantum Hall transition by current heating (2008)
  • 著者名/発表者名: K-Y. Chen, C-T. Liang, N. Aoki, Y. Ochiai. K-A. Cheng, L-H. Lin, G-F. Huang, Y-R. Li, Y-S. Tseng, C-K, Yang, P-T. Lin, J-Y. Wu, S-D. Lin
  • 学会等名: The 14th International Symposium on the Physicd of Semiconductor and Applications(ISPSA 2008)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20080826-29
• [学会発表] Enhanced inelastic scattering in a hybrid ferromagnet/ semiconductor system (2008)
  • 著者名/発表者名: K-Y. Chen, C-K,Yang, C-T. Liang, N. Aoki, Y. Ochiai, K-A. Cheng, L-H. Lin, C-F. Huang, Y-R. Li, Y-S. Tseng, P-T. Lin, J-Y. Wu, S-D. Lin
  • 学会等名: The 14th International Symposium on the Physicd of Semiconductor and Applications(ISPSA 2008)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20080826-26
• [学会発表] Manipulation of Wavefunction in Open Quantum Dot via Low Temperature Scanning Gate Microscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, A. Burke, R. Akis, R. Brunner, F. Kuchar, D. K. Ferry, and Y. Ochiai
  • 学会等名: 25th international conference on Lowtemperature Phisics(LT25)
  • 発表場所: Amsterdam, Netherland
  • 年月日: 20080806-13
• [学会発表] Scanning Gate Imaging of Organic Field-Effect Transistor (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Aoki. K. Sudou, K. Matsusaki, Y. Ochiai
  • 学会等名: International Conference on Nanoscience + Technology (ICN+T 2008)
  • 発表場所: Keystone, USA
  • 年月日: 20080620-25
• [学会発表] Observation of ID Kondo effect in a short quantum wire (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ochiai
  • 学会等名: Workshop on novel phenomena at nanoscale interfaces
  • 発表場所: National Chiao Tung University, Taiwan
  • 年月日: 2008-12-13
• [備考]
  • URL: http://www.em.eng.chiba-u.jp/~lab22/index_ochiai.html