マイクロマシンによる、歪、フォノンを介した量子ドット制御の研究

利用微机械通过应变和声子控制量子点的研究

基本信息

批准号：
15710102
负责人：
中岡俊裕
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体量子ドットは究極の零次元構造であり、離散的電子準位をもつ。このため、連続的電子状態をもつバルク状態とは異なる魅力的な特性をもち、レーザーなど多方面への応用が期待されている。とくに、近年、量子計算へ向けた試みは、実現された時の産業界へのインパクトも大きく、注目を集めている。量子演算の条件としては、演算過程でのコヒーレンス性の維持が重要であり、固体素子としてはきわめて長いデコヒーレンス時間をもつ量子ドットが有望視されている。このような量子ドットの新たな制御手法を提案、実証した。本研究では、マイクロマシン構造による量子ドットの歪制御を研究し、量子ドットに意図的に歪を印加し、偏光、発光エネルギーを変化させることに成功した。マイクロマシンを用いた量子ドット量子準位制御の初めての報告である。まず、有限要素法を用いた数値計算により、この素子に誘起される歪量、量子ドットの電子準位の変化を計算し、最適な構造を設計する手法を確立した。つぎに、MOCVD法により、サンプルを作製した。GaAs層の上部に、犠牲層、歪層、ドット層と成長する。犠牲層を選択エッチングにより、除去すると、歪層の緩和により、たわんだ構造が得られる。この構造の上部、下部のGaAs層にはそれぞれ、p、nにドープしてあり、このp+,n+-GaAs間に逆バイアスをかけることで、コンデンサーとして駆動する。このような素子における印加電圧と歪量、電子準位の変化量との対応を単一ドット分光により測定し、計算結果と比較し、このようなマイクロマシンエアブリッジ構造の作製、評価手法を確立した。本研究で、提案、実証した量子ドットの準位制御法は、今後様々な応用、展開が期待される。例えば、この量子ドットを有するエアブリッジ素子によるナノメカニカル共振モードのレーザー冷却がアメリカ、スイス、オーストリアのグループにより、理論的に提案されている(I.Wilson-Rae, P.Zoller, and A.Imamoglu, Phys.Rev.Lett.92,075507(2004))。他に、申請者もスピンを用いた章子デバイスの指標となるg因子の歪印加による変化を理論的、実験的に示している。このように、本研究により得られた素子は量子状態制御を実現する素子として今後さまざまな応用が期待されている。

半导体量子点是最终的零维结构，具有离散的电子水平。因此，它具有具有连续电子状态的宽大状态的吸引人特性，并有望在许多领域（例如激光器）应用。特别是，近年来，量子计算的尝试引起了人们的关注，在实现时对工业产生了巨大影响。作为量子操作的条件，在计算过程中保持连贯性很重要，并且具有极长的退积时间的量子点被认为是有望作为固态设备。我们提出并展示了一种用于控制这样的量子点的新方法。在这项研究中，我们使用了MicroMachine结构研究了量子点的失真控制，并成功地将变形应用于量子点以改变极化和发光能量。这是使用MicroMachine关于量子级控制的第一个报告。首先，通过计算该元素中诱导的应变量以及使用有限元方法通过数值计算来设计最佳结构的方法来设计最佳结构。接下来，通过MOCVD方法制备样品。牺牲层，应变层和点层生长在GAAS层的顶部。当通过选择性蚀刻去除牺牲层时，应变层松弛以产生偏转的结构。该结构的上和下GAA层用P和N掺杂，并通过在P+，N+-GAA之间施加反向偏置，它们被驱动为电容器。通过单点光谱法测量了应用电压，失真量和电子水平的变化量之间的对应关系，并与计算结果进行了比较，并建立了一种制造和评估这种Micromachine空气桥结构的方法。预计将在各种未来应用中应用和开发提出和证明的量子点DOT级别控制方法。例如，在美国，瑞士和奥地利的团体中，已经提出了空气桥元素在纳米力学共振模式下的激光冷却（I. Wilson-rae，P。Zoller和A. Imamoglu，物理学，物理学牧师。此外，申请人在理论上和实验上也证明了由于使用Spin的Akiko设备的指示，这是由于应用G-Factor的变形而导致的变化。因此，从这项研究中获得的要素预计将在未来的各种应用中用作实现量子状态控制的要素。