量子情報を記憶する「明るい」長寿命励起子の創製

创建存储量子信息的“明亮”长寿命激子

• 批准号: 21K18731
• 负责人: 板垣 奈穂
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18731/
• 关键词: 励起子; ZnO; ZnMgO; スパッタリング; 量子構造; ZAION

本研究は，明るい励起子そのもののを長寿命化させる，というアイデアにより，従来の励起子において存在した寿命と制御性のトレードオフ問題を解決し，革新的量子デバイスを実現することを目的としている．昨年度は，長寿命な明るい励起子実現の鍵となる， サファイア基板上へのZnMgO/ZnO超高品質ヘテロ界面の形成を行うとともに，ZnMgOの室温での励起子発光を確認した．基板と膜との間の大きな格子不整合率（18%）がボトルネックとなったが、代表者が開発した逆Stranski-Krastanov (逆SK)法が単結晶膜の作製を可能にした．そこで本年度はまず，これら単結晶薄膜の励起子寿命ならびに励起子発光メカニズムを明らかにすることを目的とし、時間分解ルミネッセンス計測を行った．その結果、非輻射再結合寿命がpsecオーダーと短く、これがデバイス性能を支配する可能性が示唆された。非輻射再結合中心密度は10^18 /cm3と見積られたが，XRD測定結果からこれらは転位ではなく点欠陥に起因していることが分かった。そこで次に，上記逆SK法における結晶成長の前段階として，極性制御層としての極薄MgO膜を形成し，点欠陥の低密度化を試みた．結果，膜厚1-2 nmのMgO層の重畳は，ZnO膜およびZnMgO膜の表面平坦性および結晶品質の向上に極めて効果的であることが分かった．特に面外配向性は大きく向上し，本手法により作成したZnO膜の(0002) 面 X線ロッキングカーブ半値幅はサファイア基板直上に作製したZnO膜に比べて１桁低い，約0.03°の値を示した．これは，薄膜の極性を制御することで，成長表面におけるスパッタ粒子のマイグレーションが促進され, 欠陥発生が抑制されたためと考えられる. 今後は，上記手法をZnO/ZnMgO歪量子井戸に展開し，その効果を検証するとともに，量子ビットとしての機能発現を目指す．

这项研究旨在解决传统激子中存在的寿命和可控性之间的权衡问题，并通过使用增加明亮激烈激子本身的寿命来实现创新的量子设备。去年，我们在蓝宝石底物上形成了超高质量的Znmgo/ZnO Heterointerface，这是实现寿命长的亮点激子的关键，并确认了在室温下Znmgo的激子发射。底物和膜之间的较大晶格不匹配率（18％）变成了瓶颈，但是代表性代表性的逆stranski-krastanov（反向SK）方法使单晶膜的制造使得可以制造。因此，今年，我们首先进行了时间分辨的发光测量，目的是阐明这些单晶薄膜的激子寿命和激子发射机制。结果，非速度重组寿命比PSEC顺序短，这表明这可能控制设备性能。非速度重组中心密度估计为10^18/cm3，但XRD测量结果表明，这些是由于点缺陷而不是位错引起的。接下来，作为反向SK方法中晶体生长的阶段，形成了一种超薄的MGO膜作为极性控制层，以降低点缺陷的密度。结果，发现厚度为1-2 nm的MGO层在改善ZnO和Znmgo膜的表面平坦和晶体质量方面非常有效。特别是，平面外取向得到显着改善，使用此方法创建的ZnO膜的（0002）平面X射线锁定曲线的一半宽度约为0.03°，比直接在Sapphire sibstrate上直接制造的ZnO膜的数量级低。这被认为是因为薄膜的极性促进了溅射颗粒在生长表面上的迁移，并抑制了缺陷的发生。将来，我们将在ZnO/Znmgo紧张的量子井中开发上述方法，以验证效果并旨在发展Qubits的功能。

项目成果

Comparison between Ar+CH4 cathode and anode coupling chemical vapor depositions of hydrogenated amorphous carbon films

• DOI: 10.1016/j.tsf.2021.138701
• 发表时间: 2021-04
• 期刊: Thin Solid Films
• 影响因子: 2.1
• 作者: S. Hwang;R. Iwamoto;T. Okumura;K. Kamataki;N. Itagaki;K. Koga;T. Nakatani;M. Shiratani

Effects of RF powers on the crystal quality and surface morphology of single crystalline ZnO films deposited by magnetron sputtering

射频功率对磁控溅射单晶ZnO薄膜晶体质量和表面形貌的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Mitsuishi;N. Yamashita;D. Takahashi;T. Okumura;K. Kamataki;K. Koga;M. Shiratani;N. Itagaki
• 通讯作者: N. Itagaki

窒素添加スパッタ法による高移動度アモルファス In2 O3 :Sn 薄膜の作製

加氮溅射法制备高迁移率非晶In2O3:Sn薄膜

• 发表时间: 2021
• 作者: 御堂雄大;山下大輔;奥村賢直;鎌滝晋礼;古閑一憲;白谷正治;板垣奈穂
• 通讯作者: 板垣奈穂

Fabrication of Low-Resistive Amorphous In2O3 :Sn Films at 600°C by Magnetron Sputtering Using Nitrogen

氮气磁控溅射在 600°C 制备低电阻非晶 In2O3:Sn 薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: N. Itagaki;Y. Mido;Z. Shen;N. Yamashita;T. Okumura;K. Kamataki;K. Koga;M. Shiratani
• 通讯作者: M. Shiratani

逆Stranski-Krastanovモードによる単結晶ZnO薄膜のスパッタリング成膜:窒素流量の影響

使用反 Stranski-Krastanov 模式溅射沉积单晶 ZnO 薄膜：氮气流量的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 三石遼;山下尚人;矢高功太郎;奥村賢直;鎌滝晋礼;古閑一憲;白谷正治;板垣奈穂
• 通讯作者: 板垣奈穂