量子ドットの位置・形状制御による高機能エレクトロニクス・フォトニクス素子の開拓

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23681029
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 柴田 憲治 東京大学, ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構, 特任講師 (00436578)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 量子ドットデバイス / ナノ物性制御 / テラヘルツ / トランジスタ

研究概要

単一の自己組織化量子ドットを用いた単一電子トランジスタ、単一光子発生器などの量子情報処理デバイスは、１つの電子や光子に情報機能を持たせるため、超低消費電力エレクトロニクスの有望な技術と言われている。本研究では、（１）10 nm級InAs（インジウム砒素）量子ドットの位置・形状制御を実現することによって、単一量子ドット機能デバイス作製の歩留まりの飛躍的な改善を達成した。更に、（２）精密に制御された自己組織化InAs量子ドット構造の単一電子・スピン状態の解明を行った上で、（３）それらの物性を応用した超伝導トランジスタや、単一スピン操作素子、THz光エレクトロニクス素子などの例証実験を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Electron magneto-tunneling through single self-assembled InAs quantum dashes (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, N. Pascher, P. J. J. Luukko, E. Rasanen, S. Schnez, T. Ihn, K. Ensslin, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: vol. 7 ページ: 045001
  • DOI: 10.7567/APEX.7.045001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz photon-assisted tunneling in InAs quantum dots (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: vol. 35(Invited paper) ページ: 101-109
  • DOI: 10.1007/s10762-013-0039-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large modulation of zero- dimensional electronic states in quantum dots by electric-double-layer gating (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, H. T. Yuan, Y. Iwasa, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: vol. 4 ページ: 2664
  • DOI: 10.1038/ncomms3664
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically tunable three-dimensional g-factor anisotropy in single InAs self-assembled quantum dots (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi, R. S. Deacon, A. Oiwa, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Tarucha
  • 雑誌名: Phys Rev. B 巻: vol. 87 ページ: 161302
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.161302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single electron transport through site-controlled InAs quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: K. M. Cha, K.Shibata, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: vol. 110 ページ: 223115
  • DOI: 10.1063/1.4769039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photon assisted tunneling through self-assembled InAs quantum dots in the terahertz frequency regime (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, A. Umeno, K. M. Cha, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: vol. 109(Editors' suggestions) ページ: 077401
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.077401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size-limiting effect of site-controlled InAs quantum dots grown at high temperatures by molecular beam epitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: K. M. Cha, I. Horiuchi, K. Shibata, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: vol. 5 ページ: 085501
  • DOI: 10.1143/APEX.5.085501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of supercurrent in a self-assembled InAs quantum dot Josephson junction by electrical tuning of level overlaps (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kanai, R. S. Deacon, A. Oiwa, K. Yoshida, K.Shibata, K. Hirakawa, and S. Tarucha
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: vol. 100 ページ: 202109
  • DOI: 10.1063/1.4719072
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of self-assembled InAs quantum dashes and their applications to single electron transistors (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. Seki, K. M. Cha, I. horiuchi, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: AIP conference proceeding series 巻: vol. 1399 ページ: 273
  • DOI: 10.1063/1.3666359
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical composition and thermal stability of AFM anodic oxides as nanomasks for site-controlled InAs QDs (2011)
  • 著者名/発表者名: K. M. Cha, K. Shibata, I. Horiuchi, M. Kamiko, R. Yamamoto, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: AIP conference proceeding series 巻: vol. 1399 ページ: 239
  • DOI: 10.1063/1.3666343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Side-gate controlled electrical properties of superconducting quantum interference device coupled with self-assembled InAs quantum dot (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kim, R. Ishiguro, M. Kamio, Y. Doda, E. Watanabe, D. Tsuya, K. Shibata, K. Hirakawa, and H. Takayanagi
  • 雑誌名: AIP conference proceeding series 巻: vol. 1399 ページ: 383
  • DOI: 10.1063/1.3666414
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin‐orbit interaction detection using Kondo effect in single self‐assembled InAs quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kanai, R. S. Deacon, S. Takahashi, A. Oiwa, K. Yoshida, K. Shibata, Y. Tokura, K. Hirakawa, and S. Tarucha
  • 雑誌名: AIP conference proceeding series 巻: vol. 1399 ページ: 355
  • DOI: 10.1063/1.3666400
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical composition and thermal stability of atomic force microscope-assisted anodic oxides as nanomasks for molecular beam epitaxy (2011)
  • 著者名/発表者名: K. M. Cha, K. Shibata, M. Kamiko, R. Yamamoto, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: vol. 50 ページ: 120205
  • DOI: 10.1143/JJAP.50.120205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structures in single self-assembled InAs quantum dashes detected by nanogap metal electrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. Seki, P. J. J. Luukko, E. Rasanen, K. M. Cha, I. Horiuchi, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: vol. 99 ページ: 182104
  • DOI: 10.1063/1.3659479
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically tuned spin-orbit interaction in an InAs self-assembled quantum dot (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kanai, R. S. Deacon, S. Takahashi, A. Oiwa, K. Yoshida, K. Shibata, K. Hirakawa, Y. Tokura and S. Tarucha
  • 雑誌名: Nature Nanotech 巻: vol. 6 ページ: 511
  • DOI: 10.1038/NNANO.2011.103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically tuned g tensor in an InAs self-assembled quantum dot (2011)
  • 著者名/発表者名: R. S. Deacon, Y. Kanai, S. Takahashi, A. Oiwa, K. Yoshida, K. Shibata, K. Hirakawa, Y. Tokura, and S. Tarucha
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: vol. 84 ページ: 041302R
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.84.041302
  • 査読あり
• [学会発表] Large modulation of electronic states in InAs quantum dots by electric-double-layer gating (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, H.T. Yuan, Y. Iwasa and K. Hirakawa
  • 学会等名: 16th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-16)
  • 発表場所: Wroclaw, Poland (Poster presentation)
  • 年月日: 20130701-05
• [学会発表] Terahertz inter-sublevel transitions in single self-assembled InAs quantum dots (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Zhang, K. Shibata, N. Nagai, C. Ndebeka-Bandou, and K. Hirakawa
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN2013)
  • 発表場所: Kauai, USA(Oral presentation)
  • 年月日: 2013-12-12
• [学会発表] 電気二重層ゲートを用いた単一InAs量子ドットの電子状態の変調 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治、Hongtao Yuan、岩佐義宏、平川一彦
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学(口頭発表)
  • 年月日: 2013-09-27
• [学会発表] 電気二重層ゲートによる単一量子ドットトランジスタの伝導特性の変調 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治、Hongtao Yuan、岩佐義宏、平川一彦
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス(口頭発表)
  • 年月日: 2013-09-17
• [学会発表] Very large modulation of electron tunneling through InAs quantum dots by electric-double-layer gating (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, H.T. Yuan, Y. Iwasa and K. Hirakawa
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON18)
  • 発表場所: Matsue, Japan(Oral presentation)
  • 年月日: 2013-07-25
• [学会発表] Photon-assisted tunneling through InAs quantum dots in the terahertz frequency range (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata and K. Hirakawa
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON18)
  • 発表場所: Matsue, Japan(Invited presentation)
  • 年月日: 2013-07-22
• [学会発表] Photon-assisted tunneling through self-assembled InAs quantum dots in the Terahertz frequency range (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata and K. Hirakawa
  • 学会等名: The 40th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS2013)
  • 発表場所: Kobe, Japan (Oral presentation)
  • 年月日: 2013-05-23
• [学会発表] 電気二重層ゲートによるInAs量子ドットの電子状態の変調 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治,Hongtao Yuan,岩佐義宏,平川一彦
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(口頭発表)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Terahertz photon-assisted tunneling in single InAs quantum dot transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata and K. Hirakawa
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT 2012)
  • 発表場所: Nara, Japan (poster presentation)
  • 年月日: 20121127-29
• [学会発表] Terahertz photon-assisted tunneling in self-assembled InAs quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata
  • 学会等名: Nano Science & Technologies 2012 (Nano-S&T 2012)
  • 発表場所: Qingdao, China (Invited presentation)
  • 年月日: 20121026-28
• [学会発表] Terahertz photon-assisted tunneling in self-assembled InAs quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, A. Umeno, K. M. Cha, and K. Hirakawa
  • 学会等名: 31st international conference on the physics of semiconductors (ICPS2012)
  • 発表場所: Zurich, Switzerland (Oral presentation)
  • 年月日: 20120729-0802
• [学会発表] Magneto-electron tunneling through single self-assembled InAs quantum dashes coupled to ferromagnetic leads (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, N. Pascher, P. J. J. Luukko, E. Rasanen, S. Schnez, T. Ihn, K. Ensslin, and K. Hirakawa
  • 学会等名: International conference on superlattices, nanostructures and nanodevices (ICSNN2012)
  • 発表場所: Dresden, Germany (Invited presentation)
  • 年月日: 20120723-26
• [学会発表] InAs量子ドットトランジスタにおけるTHz光アシストトンネル (2012)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治,張亜,K. M. Cha,長井奈緒美,平川一彦
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学(口頭発表)
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] 単一自己組織化InAs量子ドットにおけるTHz光アシストトンネル (2012)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治,梅野顕憲,Kyu Man Cha,平川一彦
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学(口頭発表)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] Electronic structures in single self-assembled InAs quantum dashes coupled to metal nanogap electrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, N. Pascher, P. J. J. Luukko, K. Seki, E. Rasanen, S. Schnez, T. Ihn, K. Ensslin, and K. Hirakawa
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanostructures and Nano-Devices (ISANN2011)
  • 発表場所: Hawaii, USA (Poster presentation)
  • 年月日: 20111204-09
• [学会発表] Electronic structure of self-assembled InAs quantum dashes detected by nanogap electrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Shibata, N. Pascher, K. Seki, S. Schnez, T. Ihn, K. Ensslin, and K. Hirakawa
  • 学会等名: 15th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS15)
  • 発表場所: Tallahassee, USA (Poster presentation)
  • 年月日: 20110725-29
• [学会発表] 単一自己組織化InAs量子ダッシュトランジスタの磁場中伝導特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治、N. Pascher、関享太、S. Schnez、T. Ihn、K. Ensslin、平川一彦
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 山形大学(口頭発表)
  • 年月日: 2011-09-02
• [備考]
  • URL: http://thz.iis.u-tokyo.ac.jp/