オンチップ・テラヘルツ検出による量子ホール系の単一光子検出と光子数揺らぎの研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24654085
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 生嶋 健司 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20334302)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 量子ホール効果 / 量子ドット / テラヘルツ

研究概要

本研究の目的は、量子ホール端状態を注入電流とした点光源と量子ドット単一光子検出器を利用して、オンチップ・テラヘルツ光学系を構築し、端状態を注入電流としたサイクロトロン発光を調べることである。本研究により、（１）端状態における発光の閾値電圧がIV特性における閾値電圧と一致する、（２）スピン偏極した端状態においてスピン分裂はバルクGaAsよりも20倍以上に増大する、ことが見出された。これらの結果は、スピンフリップを伴うサイクロトロン発光の可能性を強く示唆する。このことは、コヒーレントなスピン偏極電流によりスピン情報を光子へ転写できる可能性を示唆しており、量子情報デバイスとしての発展が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Generation, transmission, and detection of terahertz photons on an electrically driven single chip (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ikushima, Atsushi Ito, Shun Okano
  • 雑誌名: Phys. Lett. 巻: 104, 052112 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1063/1.4864168
  • 査読あり
• [雑誌論文] Passive Infrared Microscope with High Spatial Resolution (2012)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Miyamoto, Koki Kobayashi, Atsushi Ito, Kenji Ikushima
  • 雑誌名: Proceedings of the 37th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: IRMMW-THz ページ: 1-2
  • DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2012.6380460
  • 査読あり
• [学会発表] 量子ドットーエッジ状態結合系THz共振器と光子計数測定I (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡野俊, 生嶋健司, 伊藤惇, 小林貴司
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] 量子ドットーエッジ状態結合系THz共振器と光子計数測定II (2014)
  • 著者名/発表者名: 生嶋健司, 岡野俊, 伊藤惇, 小林貴司
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] Quantu-dot applications to Terahertz Science (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ikushima, Yosuke Miyamoto, Koki Kobayashi,Atsushi Ito, Shun Okano (Invited)
  • 学会等名: German-Japanese International Workshop"Structure and Control of Interfaces"
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20130109-11
  • 招待講演
• [学会発表] On-chip terahertz photon transmission using quantum electron transport (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ikushima, Atsushi Ito, Shun Okano, Susumu Komiyama (Oral)
  • 学会等名: ISANN(International Symposium on Advanced Nandevices and Nanotechnology)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2013-12-10
• [学会発表] 量子ドットーエッジ状態結合系THz共振器 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡野俊, 伊藤惇, 生嶋健司
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] Local detection of thermal radiation emitted from the liquid-solid interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyamoto, Koki Kobayashi, Atsushi Ito, Kenji Ikushima (Poster)
  • 学会等名: OTST2013 (International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology 2013)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2013-04-04
• [学会発表] Electromagnetic Modeling of Planar Terahertz Resonators for On-chip Photon Detection (2013)
  • 著者名/発表者名: Shun Okano, Atsushi Ito, Kenji Ikushima (Poster)
  • 学会等名: OTST2013 (International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology 2013)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2013-04-02
• [学会発表] 量子ホール端状態間散乱を用いた閉じ込めポテンシャル近傍のスピン分裂の研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤惇, 岡野俊, 生嶋健司
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 量子ホール端状態のスピン偏極電子注入による光子生成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 生嶋健司, 伊藤惇, 岡野俊
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] On-chip terahertz photon manipulation (2012)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ikushima (Invited)
  • 学会等名: ISCS2012 (39th International Symposium on Compound Semiconductors)
  • 発表場所: Santa Barbara, USA
  • 年月日: 2012-08-27
  • 招待講演
• [図書] Single-Photon Counting and Passive Microscopy of Terahertz Radiation Frontiers in Optical Methods, Springer Series in Optical Sciences Vol.180 (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji IKUSHIMA(他16名)
  • 総ページ数: 228
  • 出版者: Springer
• [備考]
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~ikushima/
• [備考] 報道関連情報『半導体素子高速で演算』日経産業新聞 平成26年3月19日(水)掲載。『半導体チップで検出』日刊工業新聞 平成26年2月21日(金)掲載。