Development of valley-spin quantum optics in atomically thin artificial hetero-structures

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本研究では、原子層物質科学と量子光学の知見を合わせ新たなバレースピン量子光学を創出することにある。我々は、バレースピン自由度を一つの量子状態として見做し制御する新たな道筋を独自に見出しており、これと原子層人工ヘテロ構造からなる究極のゼロ次元量子構造により、バレースピン量子光学の学理を構築し、それを応用へと繋げ新しい研究の潮流を生み出すことを目的としている。当該年度の研究実績は以下の通りである。[1] 原子層人工ヘテロ構造およびデバイス作製技術の確立本研究で提案する量子光デバイスの実現に向け、そのプラットフォームである原子層半導体物質によるヘテロ構造作製技術の高度化を進め、高品質なヘテロ構造作製を可能とした。具体的には、グローブボックス中において、複雑な構造を有する原子層人工ヘテロ構造の作製を可能とした。併せて、グラフェン電極を用いてゲート電圧によって、精密なキャリア数制御が可能な人工ヘテロ構造が作製可能となった。[2] 原子層ヘテロ量子構造の励起子状態と量子光学現象の開拓原子層人工ヘテロ構造では、そこで生じるモアレ干渉縞により量子閉じ込めポテンシャルを導入し、零次元的な量子状態を持ちうることを実験的に明らかにしている。さらにこの研究を発展させ、原子層人工ヘテロ構造に微細加工を施し、単一のモアレポテンシャルに閉じ込められた励起子（モアレ励起子）を観測することに成功した。これは、量子状態を規定する重要なパラメーターであるコヒーレンス時間に関する情報を得ることに向けた重要な足掛かりとなる。