横型量子ドットのゼロ磁場領域における少数スピン物理の研究

横向量子点零磁场区少数自旋物理研究

• 批准号: 21K13867
• 负责人: 藤田 高史
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13867/
• 关键词: 量子ドット; 単一電子スピン; 非ドープ型量子井戸; GaAs; 面内pin接合; スピン軌道相互作用; 超微細相互作用

この研究は、低磁場下でのスピン物理に関する探究を目的として、スピン状態に対して電気的揺らぎに耐性をもつ状態の発現を期待しています。この目的を達成するために、光学系、ホールスピン、新しいスピン操作技術などの基礎技術の研究開発を進めています。当該年度では、光学系の構築、連続照射実験、スピン制御系の動作確認、電子-ホール量子ドットの４つの要素技術の開発に注力しました。光学系に関しては、単一モード光ファイバーを冷凍機に導入し、照射実験を可能にしたことで、より集光効率の良い測定系を構築することが可能になりました。関連して、非ドープ型のGaAs量子井戸基板を基にした量子ドットへの連続照射実験では、連続照射中の電荷検出に成功したことが挙げられます。さらに、スピン制御の発展に関しては、断熱スピン反転操作という安定したスピン操作法に対して、より操作時間が短い提案について原理検証実験を行い、相互作用が弱い中でも桁違いに高速にスピン反転操作が可能であることを実証し、成果を上げています。また、ホールスピン系に関しては、二次元系での再結合実験に成功し、ホールスピンの密度を制御することに成功し、発表準備を進めていることが挙げられます。今後の量子ドット実験に向けた数値シミュレーションも実施され、研究成果がさらに発展する基盤を構築しています。それぞれの成果は、光による安定したスピン励起や、その後のスピン操作へと発展の余地があり、適切に要素技術を組み合わせることが重要です。半導体中のスピンに関する基礎物性の研究に寄与する基礎技術に応用する中で、本研究の目的の達成につながると期待しています。

这项研究旨在探索低磁场下的自旋物理，我们希望开发出抵抗电波动的自旋态。为了实现这一目标，我们正在光学系统、空穴自旋和新的自旋操纵技术等基础技术方面进行研究和开发。本财年，我们的重点是构建光学系统、进行连续照射实验、确认自旋控制系统的运行以及开发电子空穴量子点的四项基本技术。在光学系统方面，通过在冰箱中引入单模光纤并进行照射实验，可以构建具有更好的集光效率的测量系统。相关地，在基于未掺杂GaAs量子阱衬底的量子点的连续辐照实验中，我们成功地检测到连续辐照期间的电荷。此外，关于自旋控制的发展，我们对一种比称为绝热自旋反转操作的稳定自旋操作方法更短操作时间的方案进行了原理验证实验，并进行了实验来验证自旋反转操作的原理，即即使相互作用很弱，我们也已经证明这是可能的并且正在取得成果。关于空穴自旋系统，我们已经成功进行了二维系统的复合实验，成功控制了空穴自旋密度，目前正在准备发表。未来量子点实验的数值模拟也正在进行中，为研究成果的进一步发展奠定了基础。这些结果中的每一个都有发展为光稳定自旋激发和随后的自旋操纵的空间，并且适当地结合基本技术非常重要。我们希望这项研究能够通过将其应用于有助于研究与半导体自旋相关的基本物理性质的基础技术来实现本研究的目标。

项目成果

Fast singlet-triplet readout using a deep neural network

使用深度神经网络快速读取单重态-三重态

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Matsumoto;T. Fujita;A. Ludwig;A. D. Wieck;and A. Oiwa
• 通讯作者: and A. Oiwa

Distinguishing persistent effects in an undoped GaAs/AlGaAs quantum well by top-gate-dependent illumination

• DOI: 10.1063/5.0047558
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: T. Fujita;R. Hayashi;M. Kohda;J. Ritzmann;A. Ludwig;J. Nitta;A. Wieck;A. Oiwa

Noise-robust classification of single-shot electron spin readouts using a deep neural network

• DOI: 10.1038/s41534-021-00470-7
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: npj Quantum Information
• 影响因子: 7.6
• 作者: Yuta Matsumoto;T. Fujita;A. Ludwig;A. Wieck;Kazunori Komatani;A. Oiwa

量子ドット列を介したスピン量子ビットの断熱量子状態転送

通过量子点阵列的自旋量子位的绝热量子态转移

• 发表时间: 2023
• 作者: 湯田 秀明;藤田 高史;大岩 顕
• 通讯作者: 大岩 顕

深層学習手法を用いた量子ドット内電子スピン状態の高精度検出

使用深度学习技术高精度检测量子点中的电子自旋态

• 发表时间: 2021
• 作者: 松本雄太;藤田高史;Arne Ludwig;Andreas D. Wieck;大岩顕
• 通讯作者: 大岩顕