2014 Fiscal Year Annual Research Report
量子輸送チャネルを利用したTHz光源とTHz光子検出器の結合状態の基板上制御
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25287071
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
生嶋 健司 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20334302)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
好田 誠 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00420000)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 量子ホール効果 / 量子ドット / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、強磁場中２次元電子系（2DES）で実現される量子ホール端状態を注入電流とした点光源と単電子制御による量子ドット単一光子検出器を利用して、固体上の電磁場を発生から伝送・検出まで完結して制御するオンチップ量子光学系を構築することである。特に本研究では上記店光源と量子ドットの結合状態の制御に焦点を合わせ、THz共振器等を用いてエッジ注入光源の光子エネルギーを特定する。
まず、端状態から発生したTHz波をコプレーナ導波路を用いて量子ドットに伝送し、単一光子計測に成功した。ここで新たな問題として、発光閾値電圧が当初予定のサイクロトロンエネルギー（ランダウ分裂間隔）よりも２割程度ずれていることである。これは、増大したスピン分裂の可能性が示唆され、その場合、スピン自由度を含めた発光過程の理解が要求される。次に、昨年度は端状態からのTHz発光の光子エネルギーを特定するために、上記THz点光源と量子ドットをスプリットリング型のTHz共振器で結合し、単一光子分光を行った。その結果、端状態を注入電流とした点光源から発生するTHz波の光子エネルギーは発光閾値電圧近傍では、その閾値電圧に相当する光子エネルギーをもつことが示された。これは、端状態においてスピン分裂が大きく増大し、さらにスピンフリップサイクロトロン発光が生じていることが示唆される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画どおり、端状態と量子ドットの結合状態を制御することにより、まず、端状態を注入電流としるTHz発光の光子エネルギーの特定、および単一光子レベルでのTHz波の基板上閉じ込めに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ランダウ準位間におけるスピンフリップ遷移は角運動量保存則の観点から本来禁制であり、極めて興味深い。スピンー軌道相互作用および核スピン系との相互作用も含めて、その発光メカニズムを考察する。特に、InGaAs系2DEGおよびスピン共鳴の実験を行い、端状態間散乱におけるスピン自由度の寄与を明らかにする。また、極端に非平衡な端状態のエネルギープロファイルについても発光特性および電流－電圧特性から予想との比較を行う。
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