半導体マクロアトムにおける弾性フォノン波を用いた量子相関フォトニクス

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23310097
• 研究機関: 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 後藤 秀樹 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主幹研究員 (10393795)
• 研究分担者: 舘野 功太 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (20393796) ; 小野満 恒二 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主任研究員 (30350466) ; 俵 毅彦 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (40393798) ; 眞田 治樹 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (50417094) ; 寒川 哲臣 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, その他部局等, 所長 (70211993) ; 章 国強 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (90402247)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 量子ドット / メゾスコピック系 / 量子コンピュータ / 光物性

研究概要

（研究項目１：スピン初期化および回転・検出）マクロアトムにおけるスピン量子ビット実現に向け、静磁場を用いない単一スピン初期化法を確立させる。スピン量子ビットには、スピンの向きの偏極化（初期化）、その偏極の操作（回転）および偏極の検出が必要である。H25年度は、電子を半導体中で移動させることでスピンを回転させる検討を行った。マクロアトム試料の基本構造である量子井戸において、電子が井戸面内で移動可能な試料を作製した。電子が移動すると、スピン軌道相互作用によって、実効的に磁場が発生して電子のスピンに作用する。その有効磁場によって、電子の移動中にスピンが回転することを観測した。
（研究項目2：弾性フォノン波を用いた励起子輸送）マクロアトムのペア間に、弾性フォノン波を発生させて励起子を輸送し、光学技術によって検出する。実験では、単一マクロアトム試料の表面に金属薄膜を形成し、薄膜に超短光パルスを照射して弾性フォノン波を発生させ、マクロアトムの光学特性に与える影響を解明した。マクロアトムの発光特性は、超短光パルスの強度に強く依存することが分かった。超短光パルスを照射すると、位相の揃った弾性波が発生する。この弾性波は試料中を伝搬し、マクロアトム近辺の状態を変化させ、光学特性に反映される。これは、相関実現に必要な弾性フォノン波を得るための重要な技術になる。
（研究項目３：高制御性マクロアトム形成）III-V族化合物半導体ナノワイヤ作製技術を用いて、高制御性マクロアトムを実現する。H25年度は、ヘテロ構造の高純度化を目指して、ナノワイヤの形成に必要な触媒を、従来のAuに加えて、ナノワイヤを構成する元素を用いる技術を進展させた。まず、InAsナノワイヤの成長条件を検討して、論文発表するともに、InAs/InPのヘテロ構造の作製にも成功した。これらは、高い発光効率を有するマクロアトム実現のための重要な技術となる。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Growth of InP nanowires on grapheme-covered Fe (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Tateno, G. Zhang, and H. Gotoh, T. Sogawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53 ページ: 015504-1-6
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.015504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modifying exciton optical properties in quantum dots with coherent phonons induced by ultrafast optical pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Gotoh, H. Sanada, H. Yamaguchi, and T. Sogawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: Vol.103 ページ: 112104
  • DOI: 10.1063/1.4821198
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Biexciton Creation with Two-Photon Excitation for Ideal Entangled Photon Pair Emissions in Optically Active Quantum Dots (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideki Gotoh, Haruki Sanada, Hiroshi Yamaguchi, and Tetsuomi Sogawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 120202-1-4
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.120202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Au-free InAs nanowires grown in In-particle-assisted vapor-liquid-solid mode: growth, structure, and electrical property (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Zhang, S. Sasaki, K. Tateno, H. Gotoh, and T. Sogaw
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 3 ページ: 052107-1-12
  • DOI: 10.1063/1.4804542
  • 査読あり
• [学会発表] 移動スピン共鳴 (2014)
  • 著者名/発表者名: 眞田治樹、国橋要司、後藤秀樹、小野満恒二、好田誠、新田淳作
  • 学会等名: 第61回応物関係連合講演会
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 20140317-20140320
  • 招待講演
• [学会発表] InP/InAs ヘテロナノワイヤの歪み評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 章国強、中川周平、舘野功太、寒川哲臣、後藤秀樹
  • 学会等名: 第61回応物関係連合講演会
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 20140317-20140320
• [学会発表] TBClを用いたInAsPナノワイヤ成長の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 舘野功太、章国強、後藤秀樹
  • 学会等名: 第61回応物関係連合講演会
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 20140317-20140320
• [学会発表] Manipulation of electron spin coherence using acoustically induced moving dots in semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sanada, Y. Kunihashi, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, P. V. Santos, and T. Sogawa
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN2013)
  • 発表場所: Kauai, USA
  • 年月日: 20131208-20131213
  • 招待講演
• [学会発表] Coherent manipulation of electron spins travelling in semiconductors without external magnetic fields (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sanada, Y. Kunihashi, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, P. V. Santos, and T. Sogawa
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2013)
  • 発表場所: Atsugi, Japan
  • 年月日: 20131126-20131129
• [学会発表] InP Nanowires on Graphen-covered Micron Fe Wires (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Tateno, G. Zhang and H. Gotoh
  • 学会等名: 2013 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2013)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 20130924-20130927
• [学会発表] 量子ドット中の励起子・励起子分子光非線形におけるFano共鳴効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 後藤秀樹、眞田治樹、山口浩司、寒川哲臣「
  • 学会等名: 第74回応用物理学術講演会
  • 発表場所: 京田辺
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] 自己触媒法によって成長したInP/InAsナノワイヤの光学特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 章国強、Danang Birowosuto、舘野功太、後藤秀樹
  • 学会等名: 第74回応用物理学術講演会
  • 発表場所: 京田辺
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] VLS成長InPナノワイヤ太陽電池の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 舘野功太、Guoqiang Zhang、後藤秀樹
  • 学会等名: 第74回応用物理学術講演会
  • 発表場所: 京田辺
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] 無磁場電子スピン共鳴による輸送電子スピンのコヒーレント操作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 眞田治樹、国橋要司、後藤秀樹、小野満恒二、好田誠、新田淳作、パウロ サントス、寒川哲臣
  • 学会等名: 第74回応用物理学術講演会
  • 発表場所: 京田辺
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] Size-controlled InAs nanostructures in InP NW grown via the Au-free VLS mode (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Zhang, D. Birowosuto, K. Tateno, H. Gotoh, and H. Sogawa
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20130825-20130829
• [学会発表] Magnetic-field-free electron spin resonance in winding GaAs channel (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sanada, Y. Kunihashi, H. Gotoh, K. Onomitsu, M. Kohda, J. Nitta, P. V. Santos, T. Sogawa
  • 学会等名: 16th International Conference on Modulated Semiconductor Structures(MSS-16)
  • 発表場所: Wrolcaw, Poland
  • 年月日: 20130701-20130705
  • 招待講演
• [学会発表] Fano Quantum Interference Effects in Exciton-Biexciton Coherently Coupled System in Quantum Dots (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Gotoh, H. Sanada, H. Yamaguchi, and T. Sogawa
  • 学会等名: The 2013 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2013)
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 20130609-20130614
• [学会発表] Biexciton Creation Without Undesireble Excitons for Ideal Entangled Photon Pair Emissions in Optically-active Quantum Dots (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Gotoh, H. Sanada, H. Yamaguchi, and T. Sogawa
  • 学会等名: The 40th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS2013)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20130519-20130523
• [学会発表] VLS-grown InP Nanowires on Iron Metal Mediated by Graphene Layers (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Tateno, K. Kanzaki, G. Zhang, H. Gotoh, H. Hibino, T. Sogawa
  • 学会等名: 2013 Materials Research Society (MRS) Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20130401-20130405
• [産業財産権] ナノワイヤの作製方法 (2013)
  • 発明者名: 舘野功太、章国強、後藤 秀樹
  • 権利者名: 日本電信電話株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2013-206124
  • 出願年月日: 2013-10-01