カーボンナノチューブ量子ドットのテラヘルツ物性開拓と単一光子検出器の開発

碳纳米管量子点太赫兹物理性质探索及单光子探测器研制

基本信息

批准号：
18740176
负责人：
河野行雄
金额：
$ 2.24万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

カーボンナノチューブ量子ドットのテラヘルツ電磁波応答について、昨年度力ちさらに、以下の進展があった。1.THz光子支援トンネル電流の照射強度依存性の観測光子支援トンネルによる電流ピーク値が、照射強度に対してベッセル関数的依存を示すことが理論的に予測されているものの、テラヘルツ領域での観測例はない。本研究では、照射テラヘルツ光のパワーを変えることによって、この問題の検証を試みた。実験結果から、クーロンピークと光子支援トンネルによるサイドピークが、照射強度に対してそれぞれ全く逆の振る舞いを示すことが明らかにされた。ベッセル関数への完全なフィットまでは得られなかったが、理論から予想される傾向と一致することを見出した。この結果も、照射テラヘルツ光に対して量子ドットが古典的に応答しているのではなく、光子支援トンネルによって電子波の新しい伝導チャネルが発生していることを強く支持する。2.カーボンナノチューブ量子ドット-GaAs2次元電子ガス複合素子でのTHz応答昨年度、光子支援トンネルとは別のメカニズムによるTHz応答(クーロンピークシフト)を観測した。この応答は、カーボンナノチューブ直下のSiO_2層のトラップ準位が関与しており、THz光に対して著しい高感度性を示すことが分かった。ところが、トラップ準位という制御性の悪い性質を利用しているため、検出器作製の観点からは不利であった。この改善のため、トラップ準位の代わりに、GaAs2次元電子ガスを利用した新しい検出器を開発した。アイディアは、2次元電子ガスのサイクロトロン吸収による静電ポテンシャル変化を間近のカーボンナノチューブ量子ドットによって読み取る機構である。この複合素子のTHz応答の観測から、サイクロトロン共鳴時においてクーロンピークシフトが最大になることを確認した。

去年，我们在碳纳米管量子点的太赫兹电磁波响应方面取得了以下进展。 1.太赫兹光子辅助隧道电流的照射强度依赖性的观察虽然理论上预测光子辅助隧道电流产生的电流峰值表现出对照射强度的贝塞尔函数依赖性，但在太赫兹区域的观察还没有例子。在本研究中，我们试图通过改变照射太赫兹光的功率来验证这个问题。实验结果表明，光子辅助隧道效应产生的库仑峰和侧峰在辐照强度方面表现出完全相反的行为。尽管我们无法获得贝塞尔函数的完美拟合，但我们发现结果与理论预期的趋势相符。这一结果也有力地支持了这样的观点：量子点不会对照射的太赫兹光做出经典响应，而是通过光子辅助隧道效应产生新的电子波传导通道。 2.碳纳米管量子点-GaAs二维电子气复合器件中的太赫兹响应去年，我们观察到了由于与光子辅助隧道效应不同的机制而产生的太赫兹响应（库仑峰位移）。研究发现这种响应与碳纳米管正下方的SiO_2层的陷阱能级有关，并且对太赫兹光表现出显着的高灵敏度。然而，由于它利用了陷阱能级的特性，其可控性较差，因此从探测器制造的角度来看是不利的。为了改善这一点，我们开发了一种新的探测器，它使用 GaAs 二维电子气而不是陷阱能级。这个想法是利用附近的碳纳米管量子点来读取由于回旋加速器吸收二维电子气而引起的静电势的变化。通过对该复合元件的太赫兹响应的观察，我们证实库仑峰位移在回旋加速器共振期间达到最大值。