2013 Fiscal Year Annual Research Report
開放系量子ドットのコヒーレントネットワークにおける波動関数の操作と利用
| Project/Area Number |
25286006
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Research Institution | Chiba University |
|---|
Principal Investigator |
青木 伸之 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (60312930)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
落合 勇一 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 名誉教授 (60111366)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 走査ゲート顕微法 / 開放系量子ドット / 波動関数分布 / ２次元電子ガス / グラフェン / h-BN / 量子ゆらぎ / 結合量子ドット |
|---|
| Research Abstract |
本研究では，開放系量子ドット内においてナノプローブを導入し、量子マニピュレーションによって波動関数をアクティブコントロールすることで，新しい電子波デバイスを実現することを目的としている。これまでは半導体ヘテロ接合に形成された２次元電子層（２ＤＥＧ）に形成された開放系量子ドットにおける波動関数分布を観察してきたが，探針から２ＤＥＧまでの距離は１００ｎｍ以上となることから十分な分解能が得られなかった。このような状況から，グラフェンを利用した開放系量子ドットを用いることで，探針－試料間の距離が数１０ｎｍまで接近できると考えた。そこで，初年度になる２５年度は，ＣＶＤグラフェンに形成された量子ドットの低温ＳＧＭ観察を行い，グラフェンにおける量子ゆらぎの観測を行った。ｐ型伝導領域において磁気伝導度およびＳＧＭ像において量子ゆらぎを観測し，ゆらぎの振幅の温度依存性やバイアス依存性について調査を行い，一連の成果が得られた（現在論文執筆中）。しかし，これらの結果は拡散伝導領域での結果であり，波動関数分布の観測にはバリスティック伝導領域での観測が必要となる。そこで今回，ｈ－ＢＮを下地にしたグラフェン／ＢＮ構造の作製に着手した。試料作製にはプロセスの熟練が必要であり，まだ完全には確立できていないが，それでもＳｉ０２基板上に比べて１桁以上の移動度の向上が確認できた。今後，グラフェン／ＢＮ構造の作製プロセスを確立し，サブミクロンサイズのグラフェン量子ドットと，その結合量子ドットのＳＧＭ観察を行っていく予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の計画としては，「単一の開放系量子ドットのＳＧＭ観察についての理解の追求」を目標としており，４年計画で研究を遂行するための下地作りを行うことが目的であった。これまでのＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ界面の２ＤＥＧに形成した単一の開放系量子ドットに対し，ＳＧＭ観察の分解能を向上させるには探針をより接近させられるグラフェンが最も有効であると考え，さらにバリスティック伝導を実現させるためにグラフェン／ＢＮ構造の作製に着手した。これにより，形状の縮小化が期待でき，今後の結合量子ドットを形成し，それを多重化して行く上でも重要なことになってくる。そのため，当初の計画よりも多少の遅れが出ているが，これによる今後の進展を考えれば，必要不可欠な判断であったと考えている。また，高解像度化に関する追求として，ＳＧＭ観察用のカンチレバーの変更も行った。これにより探針の先端曲率が１００ｎｍから１０ｎｍに向上し，探針からの電界の広がりを押さえることが可能となったことから，解像度の向上が見込まれる。以上より，２６年度以降の研究をスムーズに遂行するための下地作りが行われてきたことから，今後の研究の進展を期待している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
当面の課題は，グラフェン／ＢＮ構造の作製手法の確立と，１０万ｃｍ２／Ｖｓ台の移動度の達成と考える。これが達成できればおよそ１μｍの平均自由行程を得ることができ，２重～４重結合量子ドットの形成が可能となる。また，これまでバリスティック伝導領域におけるグラフェンの量子ドットのＳＧＭ観察の報告はないことから，９月を目標にＳＧＭ観察を行っていく。単一の開放系量子ドットにおける波動関数形状の制御の結果に基づき，より高度なスイッチング効果が期待される２重結合型開放系量子ドットにおける波動関数の操作を予定している。２つのドット間を往来する閉じられた電子軌道に対してＡＦＭ探針によって変調することによって，一方の量子ドットの変調に対する影響が他方の量子ドット内の電子密度分布へと波及する効果を検証し，リモートコントロールの基礎的データを収集する。ＡＦＭ探針のポテンシャルの導入によるレギュラー系／カオス系への遷移や，このような閉鎖軌道を利用した量子演算素子（キュービット）への応用も含めて検討していく。
|
Research Products
(21 results)
