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Terahertz dynamics of single molecule transistors and its application to quantum information processing

单分子晶体管的太赫兹动力学及其在量子信息处理中的应用

基本信息

批准号：
20H05660
负责人：
平川一彦
金额：
$ 122.14万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-08-31 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

近年、量子ドット、単一分子など極微ナノ構造を活性層に用いた新規トランジスタの研究が注目されている。特に、単一分子は分子機能を応用できるデバイスとして注目されるとともに、分子振動や核スピンなどが新しい量子情報処理の媒体となる可能性も検討されている。このようなナノ構造中の量子準位や分子振動などの素励起のエネルギーは、おおよそテラヘルツ（THz）電磁波の光子エネルギーに対応するため、THz電磁波との相互作用の研究は、ナノ量子構造の物理の解明やその応用に適していると考えられる。特に、ナノギャップ中のTHz電界は大きく増強されるため、極めて強いTHz交流電界と電子系の相互作用という非常に興味深い状況も作り出せることもわかってきた。ちょうど今、THz電磁波と極微ナノ構造の相互作用の研究は新しいフェーズに入ったと言えよう。上記のような背景の下、現在立ち上がりつつある原子スケールの「テラヘルツナノサイエンス」という新しい分野をさらに推進・深化させ、応用への展開可能性を探ることを本研究の目的とする。本年度は、特に、単一の水分子を内包したフラーレン分子（H2O@C60）を活性層とする単一分子トランジスタのコンダクタンの磁場依存性を測定し、低磁場領域ででクーロンピークのコンダクタンスがヒステリシスを示すことや分裂を起こすことを見出し、その起源を検討している。また分子一個の電子スピン共鳴の測定に成功した。さらに、半導体量子ドットや量子ポイントコンタクトとsplit ring resonator (SRR)と呼ばれるTHz共振器との結合系において、電子系とTHz共振器系の超強結合を観測するとともに、同じ実験条件で外部からTHz電磁波を照射しなくてもコンダクタンスに変化が現れ、真空場揺らぎによると思われるコンダクタンス変化を観測することに成功した。

In recent years, quantum ドット, 単 a molecular など minimal ナノ tectonic をに active layer with いた new rules トランジスタがの research attention されている. に, 単 a は molecules function を応 with できるデバイスとして attention されるとともに, molecular vibration や nuclear スピンなどが new しい quantum information 処 Richard の media となる possibility も beg さ検れている. このようなナノの quasi quantum structure of molecular vibration やなどの plain wound up のエネルギーは, おおよそテラヘルツ (THz) electromagnetic wave の photon エネルギーに応 seaborne するため, THz wave とのの interaction research は, ナノ quantum structure の physical の interpret やその応 with に optimum していると exam えられる. に, ナノギャップの in THz electric industry は big きく raised strong されるため, extremely めて strong い THz alternating current world と an electronics の interaction という very deep い condition も for に tumblers り out せることもわかってきた. Youdaoplaceholder0 えよう today, the research on the <s:1> interaction <e:1> of THz electromagnetic waves と and extremely microscopic ナノ structures is presented in ったと statements えよう. Written のようのな background, now set ちがりつつある atomic スケールの "テラヘルツナノサイエンス" という new しい eset をさらに propulsion, deepen させ, 応への unfolding possibility を agent ることをの purpose this study とする. This year は, に, 単をの water molecules inside a bag したフラーレン molecules (H2O @ C60) を active layer とする単 a molecular トランジスタのコンダクタンの determination of magnetic field dependence をし, low magnetic field ででクーロンピークのコンダクタンスがヒステリシスを shown すことや split を up こすことを see し, その Origin: を検 to claim てるる. A また molecule, a <s:1> electron スピ, スピ resonance <e:1> determination に successful たた. Youdaoplaceholder0, semiconductor quantum ドットや quantum ポさらにトコトコタトとトとトとsplit ring resonator (SRR) と shout ばれる THz resonator との combination system において, an electronics と THz resonator is の super combination を観 measuring するとともに, with じ be 験 conditions で external から THz wave を irradiation しなくてもコンダクタンスに - がれ now, vacuum field 揺らぎによると think われるコンダクタンス variations change を観 measuring するこ Youdaoplaceholder0 success た.