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本研究課題は、電子を数個閉じ込めることのできる人工原子を多数結合させることによって、人工原子クラスターとなる多重量子ドットにおけるスピン状態の解明を目指すものである。本年度は、研究課題の最終年度であるため、これまで得られた結果について報告することに注力すると同時に、新たに、４つの量子ドットが結合するデバイスの作成に成功した。本年度の研究業績は以下の通りである。
【1】3軌道を内包する２重量子ドットの高スピン状態によるスピンブロッケイドの解析結果を論文にまとめ報告した。特に、スピンブロッケイドで電流が閉塞するメカニズムや高スピン状態にたどり着くまでに必要なプロセスについて、詳細な検討を加えた。
【2】2つの量子井戸を持つ共鳴トンネル構造の結晶成長基板を用いて、並列に２つのピラーが並ぶ構造にエッチングした後、両側にゲート電極をつけ、直列２重量子ドットを並列に結合させた環状４重量子ドットの作成を行った。２つのゲート電極を十分負にかけると、電子数が0にまでたどり着くことができることを確認した。また、２つのゲート電圧の関数として、クーロン振動を測定すると、２重・３重量子ドットと似たハニカム構造が確認できた。また、片方のゲート電圧を十分負にして、一つのピラー内の電子数が0になっていると思われる領域であっても、クーロンダイヤモンドが閉じず、直列２重量子ドットと同様の崩れたクーロンダイヤモンドが確認できたことから、４重ドットが形成されている可能性があると考えている。
本研究課題の研究期間においてもっとも特筆すべき研究成果は、３軌道をもつ結合量子ドットで３電子のスピンブロッケイドが確認でき、そのスピンブロッケイドにたどり着く過程を明らかにした点であると考えている。
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