| 研究課題/領域番号 |
21K04820
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| 研究機関 | 東北工業大学 |
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研究代表者 |
柴田 憲治 東北工業大学, 工学部, 教授 (00436578)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 量子ドット / 単一電子トランジスタ / テラヘルツ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、応募者がこれまでに培った10 nm級量子ドットの単一電子トランジスタへの応用技術に基礎を置き、単一電子・スピン状態とその動力学がクーロン相互作用やスピン相互作用、テラヘルツ（THz）光、フォノンなどを用いて多彩に制御できることを実証するとともに、量子情報処理に向けた新規デバイスへの応用を探索することを目的として研究を行っている。昨年度は本プロジェクトの２年目であり、１年目に成功した単一のPbSコロイド量子ドットを活性層とするトランジスタ素子の作製と評価を引き続き行うことで、単一PbSコロイド量子ドットの電気伝導現象の理解と単一電荷やスピン状態の制御の高度化に関する実験を中心に実施した。その結果、幾つかの新しい知見を得ることができた。
まずは、量子ドットのサイズに依存して、帯電エネルギーや量子順位間隔が系統的に変化する様子を明らかにした。さらに、同一の量子ドットであってもドット中の電子軌道に依存して伝導度が何桁も変化する様子を観測し、それがドット中の電子波動関数の空間的な広がりに関与していることを明らかにした。また、イオン液体を用いた電気二重層トランジスタ構造を適用することにより、PbS量子ドットのホール準位と電子準位のそれぞれを介した電気伝導を観測することに成功した。以上から、良好な光学特性を示すコロイド量子ドットに対して、光学的特性はそのままに、電気伝導素子への応用の道も開くことができた。以上の結果は、本研究提案で予定していた実証実験の適用周波数範囲が、コロイド量子ドットを用いることによってTHz帯のみならず可視光領域まで拡大できることを示唆する結果であり、単一量子ドット素子への量子情報機能の付与がより柔軟に実現できるようになったことを意味している。
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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
昨年度の研究により、良好な光学特性を示すコロイド量子ドットに対して、光学的特性はそのままに、電気伝導素子への応用の道も開くことができた。これにより、本研究提案で予定していた実証実験の適用周波数範囲が、コロイド量子ドットを用いることによってTHz帯のみならず可視光領域まで拡大できることが示唆され、単一ドット素子への量子情報機能の付与がより柔軟に実現できるようになったことから、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、コロイド量子ドットを用いたトランジスタ素子の作製を引き続き行うことに加え、光照射下での伝導特性評価を始める予定である。また、コロイド量子ドットの材料としてPbS 量子ドット以外の材料系も検討することで、コロイド量子ドットの中でも特に量子情報デバイスに向いた材料系の探索を行いたいと考えている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍による出張制限の結果、外部研究機関と予定していた共同研究の一部に遅延が生じたため、次年度使用額が発生した。幸いにも昨年度までの実験により目標達成のための新たな研究の方向性が見えてきたので、そちらへと研究費を振り分けて研究を加速させることで、上記の遅れは取り返すことができると考えている。
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