量子ポイントコンタクトにおけるスピンの生成と操作

2009 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 / スピン生成 / スピン操作 / 走査ゲート顕微法 / 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 / マイクロ波パルス伝導

研究概要

本研究は、開放系の1次元量子構造である量子ポイントコンタクト(QPC)において、ピンチオフ近傍に現れる局在したスピン状態(局在磁気モーメント:LMM)に注目し、コヒーレントな範囲内にある結合QPCにてのLMM検出によるスピンの量子操作をめざすものである。そのため、従来行われてきた低温磁気伝導観測に加え、極低温走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いた走査ゲート顕微法(SGM)や、マイクロ波域パルス伝導法などの新手法を導入し、半導体やナノ炭素素材によるQPCにおける電子波ダイナミクスの直接観測を行うことを目的とした。初年度および次年度では、超伝導マグネット付低温下動作SGM観測装置を完成させた。最終年度では、同装置により高磁場下での上記QPCにおける伝導観測を行い、近藤効果の存在確認や同効果に関連した電子間相互作用に基づく伝導機構の解析を行い、論文雑誌発表や国内外における学会等において成果を報告した。これらはSGMによる、LMMの局所的な変調でのスピン位置特定用スピン操作のための高磁場印加であり、マイクロ波域パルス照射下での観測に備えた研究成果であった。研究実施期間のまとめとして、3年間での実験研究成果公表は、落合、青木とともに連携研究者の米国SUNYのJP.バード教授らとともに国内外学会発表や論文雑誌発表等にて行われ、量子ドット伝導関連の計算機実験の成果は中山らにより論文発表等がなされている。さらに、実施年度経過後においても、マイクロ波域パルス照射下での観測を実施するとともに、これら得られた成果を基にして、LMM検出によるスピンの量子操作をさらに検証するため、現在、波動関数挙動の計算機シミュレーションと対比しつつ、マイクロ波照射下のスピン生成とその量子操作の検証を行っている。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetoresistance and Phase Breaking Behavior of a Nitrogen Doped Multi-Walled Carbon Nanotube (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Togashi, T.Hatori, Y.Nakamura, N.Aoki, J.P.Bird, M.Terrones, K.Kanako, Y.Ochiai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 49 ページ: 02BD01-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-effect-transistor characteristics of solvate C_<60> fullerene nanowhiskers (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Ochiai, K.Ogawa, N.Aoki, J.P.Bird
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 159 ページ: 012004-1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier injection property of C_<60> thin film transistor via displacement current measurement (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, Y.Chiba, S-R.Chen, H.Tsuji, M.Ueno, K.Ogawa, J.P.Bird, Y.Ochiai
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 159 ページ: 012014-1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic transport properties of photo-irradiated C_<60> (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Chiba, S-R.Chen, H.Tsuji, M.Ueno, N.Aoki, Y.Ochiai
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 159 ページ: 012017-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlocal bias spectroscopy of the self-consistent bound state in quantupoint contacts near pinch off (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Yoon, M.-G.Kang, P.Ivanushkin, L.Mourokh, T.Morimoto, N.Aoki, J.L.Reno, Y.Ochiai, J.P.Bird
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 94 ページ: 213103-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Probing Insulator-quantum Hall Transitions by Current Heating (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
  • 雑誌名: Journal of Korean Physical Society 55 ページ: 64-67
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Phase Relaxation in a Hybrid Ferromagnet/Semiconductor System (2009)
  • 著者名/発表者名: K-Y.Chen, C-K.Yang, C-T.Liang, N.Aoki, Y.Ochiai, Y.Ujiie, K-A.Cheng, L-H.Lin, C-F.Huang, Y-R.Li, Y-S.Tseng, P-T.Lin, J-Y.Wu, S-D.Lin
  • 雑誌名: Journal of Korean Physical Society 55 ページ: 173-176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regular conductance fluctuations indicative of quasi-ballistic transport in bilayer grapheme (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Ujiie, S.Motooka, T.Morimoto, N.Aoki, D.K.Ferry, J.P.Bird, Y.Ochiai
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matters 21 ページ: 382202-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current-voltage spectroscopy of the subband structure of strongly pinched-off quantum point contacts (2009)
  • 著者名/発表者名: J.Song, Y.Kawano, K.Ishibashi, J.Mikalopas, G.R.Aizin, N.Aoki, J.L.Reno, Y.Ochiai, J.P.Bird
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 95 ページ: 233115-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluating the performance of quantum point contacts as nanoscale terahertz sensors (2009)
  • 著者名/発表者名: J.Song, G.Aizin, Y.Kawano, K.Ishibashi, N.Aoki, Y.Ochiai, J.L.Reno, J.P.Bird
  • 雑誌名: Optical Express 18 ページ: 4609-1-6
  • 査読あり
• [学会発表] 量子細線のスピン磁気特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 遠藤孝, 渋谷薫, 湯本昇, 森本崇宏, 落合勇一, J.P.Bird
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] 開放系量子ドットにおける走査ゲート顕鏡像の解析2 (2010)
  • 著者名/発表者名: 青木伸之, A.Burke, R.Brunner, R.Akis, D.K.Ferry, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] 光照射フラーレンナノウィスカーの電気伝導特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 土井達也, 小山恭平, 青木伸之, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] 走査ゲート顕微法によるSWNT薄膜FETの動作解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 矢萩達朗, 前田賢治, 青木伸之, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] 多層カーボンナノチューブにおける量子輸送特性の観測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 清野篤郎, 富樫祐子, 伊藤慶, 木田理夫, 青木伸之, J.P.バード, 中西毅, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] グラフェン薄膜における低温磁気抵抗ゆらぎの解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 本岡正太郎, 樋口真也, M.アカラム, 青木伸之, D.K.フェリー, J.P.バード, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] UV光照射フラーレンナノウィスカーの電気伝導特性とESR (2010)
  • 著者名/発表者名: 土井達也, 小山恭平, 青木伸之, 落合勇一
  • 学会等名: 第38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
  • 年月日: 20100302-20100304
• [学会発表] Imaging of transport in nano-structures by scanning gate mictoscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, Y.Ochiai
  • 学会等名: 2010 Global e-Workshop on Semiconductor Technology
  • 発表場所: Korea Univ., Korea
  • 年月日: 2010-03-24
• [学会発表] Metal-insulator transition observed near 0.7 anomaly in semiconductor quantum wire (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Ochiai
  • 学会等名: Quantum Transport Nano-Hana International Workshop on Recent Highlight in QHE Studies
  • 発表場所: Chiba Univ.
  • 年月日: 2010-01-28
• [学会発表] Universal conductance fluctuations in thin multi-walled carbon nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Saino, M.Kida, Y.Nakamura, Y.Togashi, N.Aoki, J.P.Bird, Y.Ochiai
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology(ISANN2009)
  • 発表場所: Hawaii, U.S.A.
  • 年月日: 20091129-20091204
• [学会発表] Visualization of characteristic wave functions in open quantum dot by scanning gate microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, A.Burke, R.Akis, R.Brunner, F.Kuchar, D.K.Ferry, Y.Ochiai
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology(ISANN2009)
  • 発表場所: Hawaii, U.S.A.
  • 年月日: 20091129-20091204
• [学会発表] Electronic transport properties in photo-irradiated C_<60> FNW-FET (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Doi, Y.Chiba, H.Tsuji, M.Ueno, S.-R.Chen, N.Aoki, J.P.Bird, Y.Ochiai
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology(ISANN2009)
  • 発表場所: Hawaii, U.S.A.
  • 年月日: 20091129-20091204
• [学会発表] Quasi-periodic conductance fluctuations in low temperature magneto-resistance in bilayer graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Motooka, Y.Ujiie, N.Aoki, J.P.Bird, D.K.Ferry, Y.Ochiai
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology(ISANN2009)
  • 発表場所: Hawaii, U.S.A.
  • 年月日: 20091129-20091204
• [学会発表] Scanning gate imaging of carrier injection in organic field effect transistor (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, T.Yahagi, Y.Ochiai
  • 学会等名: Global COE Workshop on "Organic Electronics : Electronic Sates, Charge Transport and Devices"
  • 発表場所: Chiba Univ, Japan
  • 年月日: 20091106-20091107
• [学会発表] Conductance fluctuations in the magnetoresistance of the graphene quantum dot (2009)
  • 著者名/発表者名: 落合勇一
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会"ディラック電子系の物性-グラフェンおよび関連物質の最近の研究"
  • 発表場所: 東京大学物性科学研究所
  • 年月日: 20091022-20091024
• [学会発表] Electronic transport properties in irradiated C_<60> FNW (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Doi, Y.Chiba, H.Tsuji, M.Ueno, S.-R.Chen, N.Aoki, Y.Ochiai
  • 学会等名: The 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM2009)
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20091007-20091009
• [学会発表] C_<60>フラーレンナノウィスカー:電気伝導への電磁波等照射効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 土井達也, 小山恭平, 青木伸之, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会2009秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 20090925-20090928
• [学会発表] MWNT磁気伝導の磁場角度依存性III (2009)
  • 著者名/発表者名: 木田理夫, 富樫祐子, 清野篤朗, 青木伸之, J.P.バード, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会2009秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 20090925-20090928
• [学会発表] 量子ポイントコンタクトの温度依存に見られる特徴的な伝導現象 (2009)
  • 著者名/発表者名: 遠藤孝, 渋谷薫, 岩田朋大, 湯本昇, 森本崇宏, 青木伸之, 落合勇一, J.P.バード
  • 学会等名: 日本物理学会2009秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 20090925-20090928
• [学会発表] 走査型ゲート顕微法による有機半導体FETにおける注入障壁の局所評価II (2009)
  • 著者名/発表者名: 青木伸之, 矢萩達郎, 松崎一孝, 須藤紘平, 落合勇一
  • 学会等名: 日本物理学会2009秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 20090925-20090928
• [学会発表] Fractal magneto-conductance in bilayer graphene field effect transistor (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Motooka, Y.Ujiie, N.Aoki, J.P.Bird, D.K.Ferry, Y.Ochiai
  • 学会等名: Graphene Tokyo 2009
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20090725-20090726
• [学会発表] Terahertz Photo-Response of Quantum Point Contacts (2009)
  • 著者名/発表者名: J.W.Song, Y.Kawano, K.Ishibashi, G.Aizin, N.Aoki, Y.Ochiai, J.L.Reno, J.P.Bird
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-18)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Low temperature magneto-resistance of thin multi-walled carbon nano-tube (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Kida, T.Hatori, Y.Nakamura, Y.Togashi, N.Aoki, J.P.Bird, Y.Ochiai
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems(EP2DS-18)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Scanning gate characterization of organic field effect transistor (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, K.Matsusaki, T.Yahagi, K.Sudou, Y.Ochiai
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems(EP2DS-18)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Quasi-Periodic Conductance Fluctuations in Few-Layer Graphene (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Motooka, Y.Ujiie, N.Aoki, Y.Ochiai, D.K.Ferry, J.P.Bird
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems(EP2DS-18)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Scanning gate imaging of quantum point contact (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Aoki, A.M.Burke, C.R.da Cunha, R.Akis, D.K.Ferry, Y.Ochiai
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems(EP2DS-18)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] 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, Y.Ochiai
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems(EP2DS-18)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Effective Aharonov-bohm Flux and Weak Localization in Thin Multi-Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Seino, M.Kida, Y.Nakamura, Y.Togashi, N.Aoki, J.P.Bird, Y.Ochiai
  • 学会等名: International Symposium on Carbon Nanotube Nanoelectronics
  • 発表場所: Matsushima, Japan
  • 年月日: 20090609-20090612
• [学会発表] Low Temperature Magnetoresistance of Nitrogen Doped Multi-Walled Carbon Nano-tubes (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Hatori, Y.Togashi, N.Aoki, J.P.Bird, M.Terrones, K.Kaneko, Y.Ochiai
  • 学会等名: International Symposium on Carbon Nanotube Nanoelectronics
  • 発表場所: Matsushima, Japan
  • 年月日: 20090609-20090612
• [備考]
  • URL: http://www.em.eng.chiba-u.jp/~lab22/index_ochiai.html