ナノギャップ電極を用いた単一InAs量子ドットの電子状態の解明と素子応用の探索

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19560338
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 柴田 憲治 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (00436578)
• 研究分担者: 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 電子デバイス・集積回路 / 量子ドット

研究概要

自己形成InAs(インジウム砒素)量子ドットは、先端光学デバイスや量子情報処理への応用が期待されている。本研究では、極微ギャップを有する金属電極により単一の量子ドットにアクセスし、その電子状態の制御と読み出しを電気的に行う技術の開拓と新規物性の解明に従事した。その結果、電子を1個の単位で制御可能な単一電子トランジスタを形成することに成功した。更に、この素子においては、電子スピン相互作用やクーロン相互作用、電極材料の物性(超伝導や強磁性)などを巧みに用いることで、新たな機能を付加することができることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Control of tunnel coupling strength between InAs quantum dots and nanogap metallic electrodes through In-Ga Intermixing (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, K. M. Cha, K. Hirakawa
  • 雑誌名: Physica E (in press (4 pages))
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunneling spectroscopy of Andreevenergy levels in a quantum dot coupled to a superconductor (2010)
  • 著者名/発表者名: R. S. Deacon, Y. Tanaka, A. Oiwa, R. Sakano, K. Yoshida, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Tarucha
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 104 ページ: 076805
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kondo-enhanced Andreev transport in single self-assembled InAs quantum dots contacted with normal and superconducting leads (2010)
  • 著者名/発表者名: R. S. Deacon, Y. Tanaka, A. Oiwa, R. Sakano, K. Yoshida, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Tarucha
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 81 ページ: 121308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of single-electron transistor composed of a self-assembled quantumdot and nanogap electrode by atomic force microscope local oxidation (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Moriya, H. Kobayashi, K. Shibata, S. Masubuchi, K. Hirakawa, S. Ishida, Y. Arakawa, T. Machida
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 3 ページ: 035001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proximity supercurrent in self assembled InAs quantum dots (2010)
  • 著者名/発表者名: R. S. Deacon, Y. Kanai, A. Oiwa, K. Yoshida, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Tarucha
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings Series 1199 ページ: 275
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of supercurrent in single InAsself-assembled quantum dots coupled to superconducting leads (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Kanai, R. S. Deacon, K. Yoshida, K. Shibata, K. Hirakawa, A. Oiwa, S. Tarucha
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 150 ページ: 022032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-related current suppression in a semiconductor-quantum-dotspin-diode structure (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Hamaya, M. Kitabatake, K. Shibata, M. Jung, S. Ishida, T. Taniyama, K. Hirakawa, Y. Arakawa, T. Machida
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 102 ページ: 236806
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of In-Ga intermixing on the electronic states in self-assembled InAs quantum dots probed by nanogap electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, K. M. Cha, M. Sotome, K. Hirakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 94 ページ: 162107
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Kondo effect observed up to (T_K～80K) in self-assembled InAs quantum dots laterally coupled to nanogap electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. Hirakawa
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 311 ページ: 1795-1798
  • 査読あり
• [雑誌論文] Power dissipation spectra and terahertz intervalley transfer gain in bulk GaAs under high electric fields (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. M. Zhu, T. Unuma, K. Shibata, K. Hirakawa, Y. Ino, Makoto Kuwata-Gonokami
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 93 ページ: 232102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunneling magnetoresistance effect in a few-electron quantum-dot spin valve (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Hamaya, M. Kitabatake, K. Shibata, M. Jung, M. Kawamura, K. Hirakawa, T. Machida, T. Taniyama, S. Ishida, Y. Arakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 93 ページ: 222107
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Kondo temperature (T_K～80K) in self-assembled InAs quantum dots laterally coupled to nanogap electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. Hirakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 93 ページ: 062101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond acceleration of electrons under very high electric fields in bulk GaAs investigated by time-domain terahertz spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. M. Zhu, T. Unuma, K. Shibata, K. Hirakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 93 ページ: 042116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron tunneling through single self-assembled InAs quantum dots coupled to nanogap electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, C. Buizert, A. Oiwa, K. Hirakawa, T. Machida, S. Tarucha
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 5 ページ: 2869-2872
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oscillatory Changes in Tunneling Magnetoresistance effect in Semiconductor Quantum-Dot Spin Valves (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Hamaya, M. Kitabatake, K. Shibata, M. Jung, M. Kawamura, S. Ishida, T. Taniyama, K. Hirakawa, Y. Arakawa, T. Machida
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 77 ページ: 081302R
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron transport through single self-assembled InAs quantum dots coupled to superconducting nanogap electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, C. Buizert, A. Oiwa, K. Hirakawa, S. Tarucha
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 5 ページ: 178-181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier Acceleration under Very High Fields in Bulk GaAs Investigated by Time-Domain Terahertz Spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. M. Zhu, T. Unuma, K. Shibata, K. Hirakawa, Y. Ino, M. Kuwata-Gonokami
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 5 ページ: 240-243
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kondo effect in a semiconductor quantum dot coupled to ferromagnetic electrodes (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Hamaya, M. Kitabatake, K. Shibata, M. Jung, M. Kawamura, K. Hirakawa, T. Machida, T. Taniyama, S. Ishida, Y. Arakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 91 ページ: 232105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kondo universality for a quantum dot coupled to superconducting leads (2007)
  • 著者名/発表者名: C. Buizert, A. Oiwa, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Tarucha
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 99 ページ: 136806
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lateral electron tunneling through single self-assembled InAs quantum dots coupled to superconducting nanogap electrodes (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, C. Buizert, A. Oiwa, K. Hirakawa, S. Tarucha
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 91 ページ: 112102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric-field control of tunneling magnetoresistance effect in a Ni/InAs/Ni quantum-dot spin valve (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Hamaya, M. Kitabatake, K. Shibata, M. Jung, M. Kawamura, K. Hirakawa, T. Machida, T. Taniyama, S. Ishida, Y. Arakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 91 ページ: 022107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin transport through a single self-assembled InAs quantum dot with ferromagnetic leads (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Hamaya, S. Masubuchi, M. Kawamura, T. Machida, M. Jung, K. Shibata, K. Hirakawa, T. Taniyama, S. Ishida, Y. Arakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 90 ページ: 053108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic properties of self-assembled InAs quantum dots on GaAs surfaces probed by lateral electron tunneling structures (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, K. Hirakawa, T. Machida, S. Ishida, Y. Arakawa, H. Sakaki
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 301-302 ページ: 731-734
  • 査読あり
• [学会発表] ALD 法で成膜されたHfO2をゲート絶縁膜とする単一自己組織化 InAs 量子ドットトランジスタの伝導特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治, 堀内功, K. M. Cha, 関享太, 平川一彦
  • 学会等名: 第57回応用物理学会関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学、神奈川
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] Control of tunnel coupling strength between self-assembled InAs quantum dots and metal electrodes by tuning In-Ga intermixing (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. M. Cha, K. Seki, I. Horiuchi, K. Hirakawa
  • 学会等名: International Symposium on Quantum Nanostructures and Spin-related Phenomena (QNSP), Komaba Campus, Univ
  • 発表場所: of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 20100309-20100311
• [学会発表] Charge sensitivity and stablility of self-assembled InAs quantum dos coupled to nanogap metallic electrodes (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, S. Chiba, K. Hirakawa
  • 学会等名: International Symposium on Quantum Nanostructures and Spin-related Phenomena (QNSP)
  • 発表場所: Komaba Campus, Univ. of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 20100309-20100311
• [学会発表] Growth of self-assembled InAs quantum dashes and their applications to single electron transistors (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. Seki, K. M. Cha, I. Horiuchi, K. Hirakawa
  • 学会等名: International Symposium on Quantum Nanostructures and Spin-related Phenomena (QNSP)
  • 発表場所: Komaba Campus, Univ. of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 20100309-20100311
• [学会発表] Control of tunneling transparency between self-assembled InAs quantum dots and metal electrodes by tuning In-Ga intermixing (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. M. Cha, K. Seki, K. Hirakawa
  • 学会等名: International Symposium on Quantum Nanophotonics and Nanoelectronics (ISQNN2009)
  • 発表場所: Komaba, Tokyo, Japan
  • 年月日: 20091118-20091120
• [学会発表] ナノギャップ電極と結合した単一自己組織化InAs量子ドットの光応答の観測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治, 千葉茂生, 平川一彦
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山大学、富山
  • 年月日: 20090908-20090911
• [学会発表] Control of tunneling coupling between self-assembled InAs quantum dots and metal electrodes by tuning In-Ga intermixing (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, K. Hirakawa, A. Oiwa, S. Tarucha
  • 学会等名: the 36th Internatioanl Symposium on Compound Semiconductors (ISCS2009)
  • 発表場所: Santa Barbara, USA
  • 年月日: 20090830-20090802
• [学会発表] Spin-half Kondo effect up to 80K in self-assembled InAs quantum dots coupled to nanogap electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, K. M. Cha, M. Sotome, K. Hirakawa
  • 学会等名: EDISON16
  • 発表場所: Montpelier, France
  • 年月日: 20090824-20090828
• [学会発表] Control of tunnel coupling strength between InAs quantum dots and nanogap metallic electrodes through In-Ga intermixing (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, K. M. Cha, M. Sotome, K. Hirakawa
  • 学会等名: 14th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-14)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Electron transport in a semiconductor-quantum-dot spindiode (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Hamaya, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Ishida, Y. Arakawa, T. Machida
  • 学会等名: the 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Very high Kondo temperature (TK～80K) in single self-assembled InAs quantum dots coupled to metallic nanogap electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. Hirakawa
  • 学会等名: APS Physics, March Meeting
  • 発表場所: Pittsburgh, PA, USA
  • 年月日: 20090316-20090320
• [学会発表] ナノギャップ電極/単一ナノ量子系接合の物理と応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治, 梅野顕憲, 車圭晩, 吉田健治, 坂田修一, 関享太, 町田友樹, 大岩顕, 樽茶清悟, 平川一彦
  • 学会等名: ナノ量子情報エレクトロニクス公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 駒場キャンパス、東京
  • 年月日: 2009-04-22
• [学会発表] ナノギャップ電極と結合した単一自己組織化InAs量子ドットの電子状態の成長温度依存性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治, M. Jung, K. M. Cha, 関享太, 平川一彦
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学、茨城
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Very high kondo temperature (T_K～80K) in self-assembled InAs quantum dots laterally coupled to nanogap electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. Hirakawa
  • 学会等名: IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference 2008 (NMDC 2008)
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto, Japan
  • 年月日: 20081020-20081022
• [学会発表] Physics and applications of single quantum dots coupled to metallic nanogap electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, C. Buizert, K. Hamaya, A. Oiwa, T. Machida, S. Tarucha, K. Hirakawa
  • 学会等名: University of Tokyo and UCSB Bilateral Workshop 2008 (GCOE)
  • 発表場所: UCSB, Santa Barbara, USA
  • 年月日: 20080908-20080909
• [学会発表] The Kondo effect observed up to T_K～80K in self-assembled InAs quantum dots laterally coupled to nanogap electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. Hirakawa
  • 学会等名: 15th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2008)
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 20080803-20080808
• [学会発表] ナノギャップ電極と結合した自己組織化InAs量子ドットにおける高い近藤温度 (TK～85K) の観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治, M. Jung, 平川一彦, 石田悟己, 荒川泰彦
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 日本大学
  • 年月日: 2008-03-30
• [学会発表] Electron tunneling through single self-assembled InAs quantum dots coupled to nanogap electrodes (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, C. Buizert, A. Oiwa, K. Hirakawa, T. Machida, S. Tarucha
  • 学会等名: The 34th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2007)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20071015-20071018
• [学会発表] Electron transport through single self-assembled InAs quantum dots coupled to superconducting nanogap electrodes (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, C. Buizert, A. Oiwa, K. Hirakawa, S. Tarucha
  • 学会等名: 15th International Conference on Non-equilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors (HCIS-15)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20070723-20070727
• [学会発表] 超伝導ナノギャップ電極と結合した単一自己組織化InAs量子ドットにおける電気伝導特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治, C. Buizert, 大岩顕, 平川一彦, 樽茶清悟
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学、北海道
  • 年月日: 2007-09-05
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://thz.iis.u-tokyo.ac.jp/