Control of wave function in coherent network of open quantum dots

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25286006
• 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: 開放系量子ドット / 走査ゲート顕微法 / 波動関数パターン / 量子ドットネットワーク / グラフェン / 高移動度化

Outline of Annual Research Achievements

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、走査ゲート顕微法（ＳＧＭ）により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を用いてきたが，ダウンサイジングとＳＧＭ像の高解像度に向けて，平成２６年度はよりグラフェンにおける開放系量子ドットの形成を視野に入れて並行して研究を進めてきた。さらに，平成２７年度よりｈ－ＢＮをグラフェン（Ｇｒ）の上下面に積層したＢＮ／Ｇｒ／ＢＮ構造の作製に着手した。ＢＮの積層方法としては幾つかの方法が提案されているが，コンタミネーションの問題が解消できるＰＰＣ／ＰＤＭＳを使用したドライプロセスへと改良を行うことで，安定した４端子試料の作製技術の確立に成功した。これにより低温で100,000 cm2/Vs以上の移動度にまで向上させることができた。この試料での平均自由行程は約500 nmと見積もられ，開放系量子ドット一つの大きさに匹敵する程にまで達することができた。これにより，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合系２次元電子ガスと同様なシュブニコフ　ド・ハース振動の観測ができるまでになり、高移動度単層グラフェンの有効質量や緩和時間のゲート電圧依存性について、論文を発表した。この試料ではゲート電圧特性に対して伝導度ゆらぎも観測されており，その基礎特性の評価を進め、論文にて報告した。グラフェンの量子ドットについても、電子線リソグラフィーと酸素プラズマエッチングによる作製を行った。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ニューヨーク州立大学バッファ ロー校/アリゾナ州立大学/ライス大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ニューヨーク州立大学バッファ ロー校/アリゾナ州立大学/ライス大学
• [Int'l Joint Research] 成均館大学(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: 成均館大学
• [Int'l Joint Research] 国立台湾大学/国立嘉儀大学/国立中興大学(台湾)
  • Country Name: その他の国・地域
  • Counterpart Institution: 国立台湾大学/国立嘉儀大学/国立中興大学
• [Int'l Joint Research] レオベン大学(オーストリア)
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: レオベン大学
• [Journal Article] Shubnikov-de Haas measurements on a high mobility monolayer graphene flake sandwiched between boron nitride sheets (2017)
  • Author(s): Naoki Matsumoto, Masaaki Mineharu, Masahiro Matsunaga,Chiashain Chuang, Yuichi Ochiai, Kenichi Oto, Gil-Ho Kim,Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David K. Ferry, Carlo R. da Cunha and Nobuyuki Aoki
  • Journal Title: J. Phys.: Condens. Matter Volume: 29 Pages: 225301-1-6
  • DOI: https://doi.org/10.1088/1361-648X/aa6d36
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Detecting weak coupling in mesoscopic systems with a nonequilibrium Fano resonance (2016)
  • Author(s): S. Xiao, Y. Yoon, Y.-H. Lee, J. P. Bird, Y. Ochiai, N. Aoki, J. L. Reno, and J. Fransson
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 93 Pages: 165435-1-13
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.93.165435
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Conductance fluctuations in high mobility monolayer graphene: Nonergodicity, lack of determinism and chaotic behavior (2016)
  • Author(s): C. R. da Cunha, M. Mineharu, M. Matsunaga, N. Matsumoto, C. Chuang, Y. Ochiai, G.-H. Kim, K. Watanabe, T. Taniguchi, D. K. Ferry, and N. Aoki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 33118-1-8
  • DOI: DOI: 10.1038/srep33118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thermally Assisted Nonvolatile Memory in Monolayer MoS2 Transistors (2016)
  • Author(s): G. He, H. Ramamoorthy, C.-P. Kwan, Y.-H. Lee, J. Nathawat, R. Somphonsane, M. Matsunaga, A. Higuchi, T. Yamanaka, N. Aoki, Y. Gong, X. Zhang, R. Vajtai, P. M. Ajayan, and J. P. Bird
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 16 Pages: 6445-1-7
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02905
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nanoscale-Barrier Formation Induced by Low-Dose Electron-Beam Exposure in Ultrathin MoS2 Transistors (2016)
  • Author(s): Masahiro Matsunaga, Ayaka Higuchi, Guanchen He, Tetsushi Yamada, Peter Kruger, Yuichi Ochiai, Yongji Gong, Robert Vajtai, Pulickel M. Ajayan, Jonathan P. Bird, and Nobuyuki Aoki
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 10 Pages: 9730-1-8
  • DOI: DOI: 10.1021/acsnano.6b05952
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 開放系結合量子ドットにおける磁気輸送現象とSGM観察 (2017)
  • Author(s): 鬘谷俊介, 鈴木敦士, R. Brunner, D.K.Ferry, 落合勇一, 青木伸之
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 電子線リソグラフィによる単層MoS2への歪み導入 (2017)
  • Author(s): 松永正広, 樋口綾香, He Guanchen, 山田哲史, Kruger Peter, 落合 勇一, Bird Jonathan P., 青木伸之
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [Presentation] Study of plant leaf-derived grapheme quantum dots through magnetic force microscopy (2017)
  • Author(s): Chiashain Chuang, Masahiro Matsunaga, Prathik Roy, Rini Ravindranath, Huan-Tsung Chang, Chi-Te Liang, Nobuyuki Aoki
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [Presentation] MoS2トランジスタにおける電子線照射効果に関するSGM観察 (2016)
  • Author(s): 松永正広, 樋口絢香, Guanchen He, Jonathan P. Bird, 落合勇 一, 青木伸之
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] 高移動度グラフェンにおける伝導度ゆらぎ (2016)
  • Author(s): 松本直樹, 峰晴正彰, 松永正広, C R da Cunha, 落合勇一, D Kフェ リー, JPバード, 渡邊賢司, 谷口尚, Iリー, G-Hキム, 青木伸之
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Temperature-induced carrier redistribution in a CVD-grown grapheme wide constriction (2016)
  • Author(s): Chiashain Chuang, Che-Hsiu Hsueh, Tak-Pong Woo, Makoto Tsubota, Wenchin Wu, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang, Nobuyuki Aoki
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Current jump and memory effect in MoS2 transistor operated at high temperature (2016)
  • Author(s): Tomoki Yamanaka, Masahiro Matsunaga, Ayaka Higuchi, Yuichi Ochiai, Guanchen He, Jonathan P. Bird, Nobuyuki Aoki
  • Organizer: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジ ウム
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター かでる
  • Year and Date: 2016-09-07 – 2016-09-09
• [Presentation] Electron beam lithography induced strain in MoS2 crystaldai (2016)
  • Author(s): 松永正広, 樋口絢香, He Guanchen, 山田哲史, Kruger Peter, Bird Jonathan, 落合勇一, 青木伸之
  • Organizer: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジ ウム
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター かでる
  • Year and Date: 2016-09-07 – 2016-09-09
• [Presentation] Imaging coherent transport in chemical vapor deposition graphene wide constriction using scanning gate microscopy (2016)
  • Author(s): Chiashain Chuang, Tak-Pong Woo, Fan-Hung Liu, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang and Nobuyuki Aoki
  • Organizer: 33rd International Conference on the Physics of Semiconductor (ICPS 2016)（国際学会）
  • Place of Presentation: Beijin, China
  • Year and Date: 2016-07-31 – 2016-08-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anomalous Conductance Fluctuations in Bilayer Graphene in h-BN layers (2016)
  • Author(s): Masaaki Mineharu, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Inyeal Lee, Gil-Ho Kim, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David K Ferry, Jonathan P. Bird and Nobuyuki Aoki
  • Organizer: Compund Semiconductor Week (CSW2016)
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Shubnikov-de Haas oscillations observed in High-Mobility Monolayer Graphene Encapsulated by h-BN (2016)
  • Author(s): Masaaki Mineharu, Masahiro Matsunaga, Naoki Matsumoto, Caelo da Cunha, Chiashain Chuang, Yuichi Ochiai, Inyeal Lee, Gil-Ho Kim, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David K. Ferry, Jonathan P. Bird and Nobuyuki Aoki
  • Organizer: Compund Semiconductor Week (CSW2016)
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermal current-induced charge redistribution in wide CVD-grown grapheme constriction (2016)
  • Author(s): Chiashain Chuang, Tak-Pong Woo, Fan-Hung Liu, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang and Nobuyuki Aoki
  • Organizer: Compund Semiconductor Week (CSW2016)
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermal current-induced charge redistribution in wide CVD-grown grapheme constriction (2016)
  • Author(s): Chiashain Chuang, Tak-Pong Woo, Fan-Hung Liu, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang and Nobuyuki Aoki
  • Organizer: Compund Semiconductor Week (CSW2016)
  • Place of Presentation: Toyama Conference Center
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Imaging local transport property within MoS2 transistors by scanning gate microscopy (2016)
  • Author(s): Masahiro Matsunaga, Ayaka Higuchi, Guanchen He, Jonathan P. Bird, Yuichi Ochiai and Nobuyuki Aoki
  • Organizer: Compund Semiconductor Week (CSW2016)
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Book] 落合勇一，関根智幸，青木伸之/共訳 （David K. Ferry著） (2016)
  • Author(s): 詳説 半導体物性
  • Total Pages: 229
  • Publisher: コロナ社
• [Remarks] 量子ナノデバイス研究グループ（青木研究室）
  • URL: http://adv.chiba-u.jp/nano/qnd/index.html