表面弾性波を用いた単一飛行電子の量子制御の実現

利用表面声波实现单个飞行电子的量子控制

• 批准号: 17H07398
• 负责人: 高田 真太郎
• 金额: $ 1.91万
• 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 Research Activity Start-up
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-08-25 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17H07398/
• 关键词: 表面弾性波; 量子電子光学; 単電子デバイス; 量子エレクトロニクス; 量子ドット; 物性実験; 表面弾性波; 量子電子光学; 単電子デバイス; 量子エレクトロニクス; 量子ドット; 物性実験

当該年度は、まず表面弾性波による閉じ込めポテンシャルの強化に取り組んだ。表面弾性波は、IDTと呼ばれる櫛形電極に櫛の周期と音速から決まる共鳴周波数の高周波電圧を印加することで発生する。ここでは、(1) より強度の大きな表面弾性波の発生による、深い閉じ込めポテンシャルの実現、及び、(2) より短い波長の表面弾性波の励起による狭い閉じ込めポテンシャルの実現の２つの方向からポテンシャルの強化を図った。具体的には、IDTの特性インピーダンスを高周波回路の特性インピーダンスと整合させる回路を組み込むことにより、10 dB程度の強度の増幅が得られることがわかった。また、GaAsより圧電特性の大きなZnO上にIDTを作ることで一桁程度の強度の向上が見込まれるため、ZnOを用いた試料作製プロセスの開発に取り組んだ。さらに、波長の短い高次の表面弾性波を効率良く励起できる新たな構造を持つIDTを作製した。上記のポテンシャル強化と並行して、単一電子を用いた量子電子光学において核となる技術である、異なる単一電子源の同期技術の向上を図り、98%程度の高確率で制御をすることに成功した。さらに、結合量子細線と呼ばれる２本の平行な量子細線が量子力学的なトンネル障壁を介して繋がった構造において、単一飛行電子のコヒーレントな振動の兆候と考えられる信号を得ることに成功した。それらの成果については、３月にアメリカのロサンゼルスで行われたアメリカ物理学会の３月会議で発表を行った。また一方で、本研究を発展させて取り組む予定である次年度からの若手研究の研究課題に向け、単一飛行電子に対する位相制御器を実証するための試料の設計、及び作製を行った。

在这个财政年度，我们首先努力使用表面声波增强限制潜力。当由周期确定的共振频率的高频电压和梳子的速度应用于称为IDT的梳状电极时，就会产生表面声波。在这里，我们旨在从两个方向上增强潜力：（1）通过产生具有更大强度的表面声波来实现深度限制电位，（2）（2）通过以短波长刺激表面声波来实现狭窄的限制潜力。具体而言，已经发现，通过合并将IDT的特性阻抗与高频电路的特征阻抗相匹配的电路，可以获得约10 dB的强度。此外，由于具有比GAA具有更大的压电性能的ZnO上的IDT强度有望增加大约增加一个数量级，因此我们一直在使用ZnO开发样本准备过程。此外，制造具有新结构的IDT，可以有效地激发具有短波长的高阶表面声波。与上述潜在的增强同时，我们一直在努力提高不同单电子源的同步技术，这是使用单电子的量子电子光学元件的核心技术，并成功地控制了该技术，其可能性高约为98％。此外，在通过量子机械隧道屏障连接的两条平行量子线（称为耦合量子线）的结构中，我们成功地获得了一个被认为是单个飞行电子相干振动的信号。结果于3月在美国物理学会在美国洛杉矶举行的3月会议上提出。另一方面，我们设计和制造的样品是为了展示单飞行电子的相位控制器，旨在从明年开始开发和解决该研究主题，这将由年轻的研究人员从明年开始。