単一飛行電子を用いた量子電子光学実験の基盤技術の開発

单飞电子量子电子光学实验基础技术开发

• 批准号: 20H02559
• 负责人: 高田 真太郎
• 金额: $ 11.65万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02559/
• 关键词: 量子電子光学; 表面弾性波; 量子デバイス; 飛行量子ビット; 量子ドット; 量子細線; 圧電帯薄膜; 圧電体薄膜; 量子ビット

当該年度は本研究課題の２つの研究項目のうち、1. GaAs/AlGaAs半導体二次元電子系における量子電子光学実験に向けた基盤技術の開発と2.Si電子系における単一電子移送の実現のうち、特に研究項目１に大きなリソースを割いて研究を推進した。昨年度の研究成果である表面弾性波によって運ばれる単一飛行電子の飛行中の位置分布測定の知見を利用し、単一飛行電子対するビームスプリッタとして機能する結合量子細線に対して２個の電子を同期して注入し、２電子の衝突実験を行った。その結果、２個の電子が遅延なく同時にビームスプリッタに入射した場合に、ビームスプリッタの２つの出力に１個ずつ電子が現れる確率が上昇するアンチバンチングと呼ばれる現象を観測することに成功した。一般にアンチバンチングは電子がフェルミ粒子としての統計性を有することから生じる現象として説明されるが、本実験では観測されたアンチバンチングの起源が主に電子間のクーロン相互作用に起因するものであることを明らかにした。当該年度は昨年度までに開発した単一のポテンシャルの底を持つ表面弾性波パルスを用いた量子電流源の開発にも取り組んだ。その結果、表面弾性波の単一パルスと静電圧で定義される量子細線を組み合わせることで、オンデマンドな単一電子源、及びその連続動作により量子電流源を実現した。研究項目２に関しては、引き続きSi電子系に表面弾性波による動的な電気ポテンシャルの波を導入するための圧電帯薄膜の最適化を継続して行った。

在本研究问题中的两个研究项目中，1。开发1。gaas/藻类半导体两个维电子系统，并实现2.si电子系统中的单个电子传输。研究项目1中的大量资源以促进研究。通过对单个飞行电子中的位置分布测量的知识，这是通过表面弹性波传输的，这是去年研究的结果，将两个电子带到结合量子线上，它们作为单个光束分离器的功能并注入并进行了两个电子碰撞实验。结果，它成功地观察了一种称为抗奔放的现象，其中两个电子在梁分离器中毫不延迟，并且一个电子在两次输出中的两个输出中一个电子中的一个概率出现在光束分离器会增加。抗牙制通常被解释为由电子作为费米颗粒的统计性引起的现象，但是在此实验中，观察到的抗融合的起源主要是由电子之间的相互作用引起的。在财政年度，我们还使用表面弹性波脉冲开发了一种量子电源，该弹性波脉冲具有去年发育的单一潜力。结果，将表面弹性波的单个脉冲和由静态电压压力定义的量子线组合在一起，以实现按需单个电子电子及其连续操作，以实现量子电源。关于研究项目2，我们继续优化堆积薄膜，以引入由于Si电子中的表面弹性波引起的动态电势波。

项目成果

Heat-Driven Electron-Motion in a Nanoscale Electronic Circuit

纳米级电子电路中的热驱动电子运动

• DOI: 10.7566/jpsj.90.113707
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Takada Shintaro;Georgiou Giorgos;Arrighi Everton;Edlbauer Hermann;Okazaki Yuma;Nakamura Shuji;Ludwig Arne;Wieck Andreas D.;Yamamoto Michihisa;Bauerle Christopher;Kaneko Nobu-Hisa
• 通讯作者: Kaneko Nobu-Hisa

James Watt School of Engineering(英国)

詹姆斯·瓦特工程学院（英国）

In-flight distribution of an electron within a surface acoustic wave

表面声波内电子的飞行分布

• DOI: 10.1063/5.0062491
• 发表时间: 2021
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Edlbauer Hermann;Wang Junliang;Ota Shunsuke;Richard Aymeric;Jadot Baptiste;Mortemousque Pierre-Andre;Okazaki Yuma;Nakamura Shuji;Kodera Tetsuo;Kaneko Nobu-Hisa;Ludwig Arne;Wieck Andreas D.;Urdampilleta Matias;Meunier Tristan;Bauerle Christopher;Takada Shi
• 通讯作者: Takada Shi

Insitut Neel, CNRS/Universite Paris-Saclay(フランス)

尼尔研究所，法国国家科学研究中心/巴黎萨克雷大学（法国）

Institut Neel, CNRS(フランス)

尼尔研究所，CNRS（法国）