| 研究課題/領域番号 |
20H02559
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
高田 真太郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (90805144)
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| 研究分担者 |
小寺 哲夫 東京工業大学, 工学院, 准教授 (00466856)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 表面弾性波 / 飛行量子ビット / 量子ドット / 量子細線 / 圧電体薄膜 |
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| 研究実績の概要 |
「GaAs/AlGaAs半導体二次元電子系における量子電子光学実験に向けた基盤技術の開発」に関しては、研究実施計画に基づき、まず周波数変調技術を応用したIDTを用い、単発で単一電子の移送に十分な強度を持つ表面弾性波を誘起するための技術開発を行った。周波数の変調範囲の適切な選定、IDTの電極構造の最適化などを行うことにより、単一のポテンシャルの底を持つ表面弾性波を従来単一電子移送に用いられてきた連続的な表面弾性波と同等の強度で発生させることに成功した。この単一のポテンシャル底を持つ表面弾性波は、移送する電子の同期や電子系への揺動の低減などに関して利点があり、飛行電子の量子制御を行う上での重要技術となる。また、飛行電子に対するビームスプリッタ操作を実現するためのデバイスの設計、及び作製を行った。
「Si電子系における単一電子移送の実現」に関しては、圧電特性を持たないSi基板上に圧電体であるZnOの薄膜を積層し、その上にIDTを作製することでSi電子系に表面弾性波の動的なポテンシャル導入するためのプロセス開発に取り組んだ。その結果、Si基板上に積層したZnO薄膜をSiO2の膜で保護し、その上にIDTを作製することで、750 MHzの共鳴周波数を持つ表面弾性波の発生に成功した。今後はより高周波、高強度な表面弾性波の発生を念頭に、プロセス方法やZnO, SiO2の膜厚などの最適化を行っていく予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
GaAs/AlGaAs半導体二次元電子系における量子電子光学実験に向けた基盤技術の開発については、当初の研究実施計画の通り、単一電子移送のために十分な強度で単一のポテンシャル底を持つ表面弾性波の発生に成功した。現在は低温実験用の試料に組み込み、単一のポテンシャル底を用いた単一電子移送の実証実験に取り組んでいるところであり、順調に進展している。また、ビームスプリッタ操作の実現に向けたデバイスについてもこれまでの研究からの知見を活かし、試料の設計、作製を行い、現在低温実験を行う段階に進んでいる。
Si電子系における単一電子移送の実現については、現在圧電体薄膜を用いてSi電子系に表面弾性波による動的なポテンシャル変調を導入するためのプロセス開発に取り組んでいるところであるが、現在までにGHz付近の周波数で表面弾性波を発生させることに成功している。単一電子移送に進むためには圧電体薄膜の膜厚などプロセスの最適化は必要となるが、基本となるプロセスは確立してきているため、おおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
GaAs/AlGaAs半導体二次元電子系における量子電子光学実験に向けた基盤技術の開発に関しては、当該年度に開発した単一のポテンシャル底を持つ表面弾性波を用い、単一電子移送の実証や量子電流発生などの実験を行う。特に、単一電子移送に関しては、電子スピンのコヒーレントな移送や複数の飛行電子を同期させ、コヒーレント制御を行う上での基盤技術となるため、重点的に取り組む予定である。また、同時に単一飛行電子に対するビームスプリッタ操作の実現に向けた実験も行い、飛行電子のコヒーレンスに関する情報を集め、高忠実度な操作の実現に向けて取り組んでいく予定である。
Si電子系における単一電子移送の実現に関しては、これまでに開発した基本プロセスを基盤として、圧電体薄膜や保護層である絶縁体膜の膜厚などの最適化を行い、3~4 GHz帯の表面弾性波を電子移送のために十分であると考えられる強度で発生させることを目標として研究を行う。こちらの研究については、研究の進捗をみながら、同様のプロセスに関して深い知見を持つドイツの共同研究者に適宜助言を求めることで、円滑な研究の進行を図る予定である。
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