半導体量子ドットにおける核スピンエンタングルメントの生成と検出

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23340091
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 大野 圭司 独立行政法人理化学研究所, 河野低温物理研究室, 専任研究員 (00302802)
• 連携研究者: 天羽 真一 独立行政法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (90587924)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 半導体 / 量子ドット

研究概要

1重項スピンブロッケード領域とその周辺でのソースドレイン電流・電圧特性に核スピン偏極に起因すると思われるヒステリシスの詳細な測定および解析を行った。磁場５Tから８T程度で観測される1重項スピンブロッケードと励起スペクトルで観測される1重項・3重項基底状態遷移はよく一致している。また1重項スピンブロッケードのリーク電流は約10pA程度と通常の3重項スピンブロッケードにくらべ大きい。これはエンタングル状態である1重項状態が核スピン揺らぎの影響により比較的容易に破壊されることで説明できる。これらの結果をまとめた論文がAppl.Phys.Lett誌にて出版された。

研究成果

• [雑誌論文] Spin blockade in a double quantum dot containing three electrons (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Amaha, W. Izumida, T. Hatano, S. Tarucha, K. Kono, and K. Ono
  • 雑誌名: Phys. Rev 巻: B89 ページ: 085302
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.085302
• [雑誌論文] Pseudo-symmetric bias and correct estimation of Coulomb/confinement energy for an unintentional quantum dot in MOSFET channel (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ono, T. Tanamoto, T. Ohguro
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 103 ページ: 183107
  • DOI: 10.1063/1.4827817
• [雑誌論文] A possible solution for charge sensing in vertical double quantum dots (2013)
  • 著者名/発表者名: S. M. Huang, A. O. Badrutdinov, K. Kono, and K. Ono
  • 雑誌名: J. Phys. Cond. Matt 巻: 25, vol.34 ページ: 345301
  • DOI: 10.1088/0953-8984/25/34/345301
• [雑誌論文] Dynamic nuclear polarization with three electrons in a vertical double quantum dot (2013)
  • 著者名/発表者名: A. O. Badrutdinov, S. M. Huang, K. Ono, K. Kono, and D. A. Tayurskii
  • 雑誌名: Phys. Rev 巻: B88 ページ: 035303
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.035303
• [雑誌論文] Strong Rashba Spin-Orbit Interaction Intensity in Low-Potential-Barrier Quantum dots (2013)
  • 著者名/発表者名: S. M. Huang, A. O. Badrutdinov, K. Kono, and K. Ono
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 52 ページ: 04CJ02
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.04CJ02
• [雑誌論文] Spin blockade with spin singlet electrons (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. C. Sun, S. Amaha, S. M. Huang, J. J. Lin, K. Kono, and K. Ono
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 101 ページ: 263108
  • DOI: 10.1063/1.4773304
• [雑誌論文] Electrical Detection of Nuclear Magnetic Resonance Signal of Nuclear Spins of order 10^4 in a Semiconductor Double Quantum Dot (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Takahashi, K. Kono, S. Tarucha, and K. Ono
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp 巻: 5 ページ: 025002
  • DOI: 10.1143/APEX.5.025002
• [学会発表] 縦横結合 4 重量子ドットの電気伝導特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 天羽真一 , M. Delbecq, 中島峻 , 大塚朋廣 ,大野圭司 , D. G. Austing, 羽田野剛司 , 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学, 湘南キャンパス, 平塚市
  • 年月日: 20140317-20
• [学会発表] Pseudo-symmetric bias and correct estimation of Coulomb/confinement energy for an unintentional quantum dot in MOSFET channel (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ono, T. Tanamoto, T. Ohguro
  • 学会等名: 2013 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2013)
  • 発表場所: Hilton Hukuoka Sea Hawk, Hukuoka, Japan
  • 年月日: 20130924-27
• [学会発表] ESR of single defect center in silicon MOSFET (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ono, T. Tanamoto, T. Ohguro
  • 学会等名: 第3回半導体量子効果と量子情報の夏期研修会
  • 発表場所: ホテルサンバレー那須, 栃木県那須郡
  • 年月日: 20130904-06
• [学会発表] Application of Pauli spin blockade; detecting unknown spins and entanglement generation (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ono, T. Tanamoto, T. Ohguro
  • 学会等名: VietNam 2013 IXth Rencontres du Vietnam
  • 発表場所: Seagull Hotel, Quy-Nhon, Vietnam
  • 年月日: 20130804-10
• [学会発表] スピンブロッケイドの電流閉塞状態の遷移と電流の 2 値的振る舞い (2013)
  • 著者名/発表者名: 天羽真一, 都倉康弘, 黒澤元, 久保敏弘, 近藤裕佑, 樽茶清悟, 河野公俊, 大野圭司
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス , 東広島市
  • 年月日: 20130326-29
• [学会発表] 部分窒化された酸化膜をもつシリコン MOS トランジスタにおける量子ドット的輸送現象 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司, 棚本哲史, 大黒達也
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス, 東広島市
  • 年月日: 20130326-29
• [学会発表] Orbital, spin and nuclear spin manipulation in semiconductor quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: Keiji Ono
  • 学会等名: 2nd RIKEN-KFU WORKSHOP, Physics, Chemistry and Biology of Complex Systems - On the way to transdisciplinary research
  • 発表場所: Kazan Federal University, Russia
  • 年月日: 20121119-22
  • 招待講演
• [学会発表] The observation of rectangle shape geometric current blockade in vertical double quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. C. Sun, S. M. Huang, J. J. Lin, K.Kono and K. Ono
  • 学会等名: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2012)
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center, Kyoto, Japan
  • 年月日: 20120925-27
• [学会発表] 共鳴トンネル電流に対するスピン一重項電流閉塞の効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 天羽真一, 樽茶清悟, 河野公俊, 大野圭司
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学常盤台キャンパス , 横浜市
  • 年月日: 20120918-21
• [学会発表] 縦型 2 重量子ドットにおける電子スピン共鳴と核スピン効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司, 天羽真一, 孫羽澄, 河野公俊
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学常盤台キャンパス, 横浜市
  • 年月日: 20120918-21
• [学会発表] Quantitative evaluation of nuclear spin polarization in quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: Keiji Ono
  • 学会等名: 第2回半導体量子効果と量子情報の夏期研修会
  • 発表場所: ホテルサンバレー那須, 栃木県那須郡
  • 年月日: 20120905-07
• [学会発表] "Adopt or reject" ferromagnetism in multiple quantum dot devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Keiji Ono
  • 学会等名: International Workshop : Physics of information, information in physics, and the demon, Institute for Molecular Science
  • 発表場所: Okazaki, Japan
  • 年月日: 20120627-29
• [学会発表] Nuclear spin manipulation in semiconductor quantum dot devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Keiji Ono
  • 学会等名: NPCQS2012: Nonequilibrium phenomena in complex quantum systems : from correlated electrons to mesoscopic devices
  • 発表場所: OIST, Okinawa, Japan
  • 年月日: 20120423-27
  • 招待講演