横型量子ドットのゼロ磁場領域における少数スピン物理の研究

横向量子点零磁场区少数自旋物理研究

• 批准号: 21K13867
• 负责人: 藤田 高史
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13867/
• 关键词: 量子ドット; 単一電子スピン; 非ドープ型量子井戸; GaAs; 面内pin接合; スピン軌道相互作用; 超微細相互作用

この研究は、低磁場下でのスピン物理に関する探究を目的として、スピン状態に対して電気的揺らぎに耐性をもつ状態の発現を期待しています。この目的を達成するために、光学系、ホールスピン、新しいスピン操作技術などの基礎技術の研究開発を進めています。当該年度では、光学系の構築、連続照射実験、スピン制御系の動作確認、電子-ホール量子ドットの４つの要素技術の開発に注力しました。光学系に関しては、単一モード光ファイバーを冷凍機に導入し、照射実験を可能にしたことで、より集光効率の良い測定系を構築することが可能になりました。関連して、非ドープ型のGaAs量子井戸基板を基にした量子ドットへの連続照射実験では、連続照射中の電荷検出に成功したことが挙げられます。さらに、スピン制御の発展に関しては、断熱スピン反転操作という安定したスピン操作法に対して、より操作時間が短い提案について原理検証実験を行い、相互作用が弱い中でも桁違いに高速にスピン反転操作が可能であることを実証し、成果を上げています。また、ホールスピン系に関しては、二次元系での再結合実験に成功し、ホールスピンの密度を制御することに成功し、発表準備を進めていることが挙げられます。今後の量子ドット実験に向けた数値シミュレーションも実施され、研究成果がさらに発展する基盤を構築しています。それぞれの成果は、光による安定したスピン励起や、その後のスピン操作へと発展の余地があり、適切に要素技術を組み合わせることが重要です。半導体中のスピンに関する基礎物性の研究に寄与する基礎技術に応用する中で、本研究の目的の達成につながると期待しています。

这项研究旨在探索低磁场下的自旋物理，并期望能够抗电动旋转状态的状态。为了实现这一目标，我们将继续研究和开发基本技术，例如光学系统，孔旋转和新的旋转操作技术。在这个财政年度，我们专注于开发四种元素技术：光学系统构建，连续辐照实验，旋转控制系统的操作检查以及四个元素的开发。关于光学系统，将单模光纤引入冰箱中以实现辐射实验，从而可以构建具有更好收集效率的测量系统。与此同时，基于未含量的GAAS量子井底物对量子点进行的连续照射实验已成功地检测连续照射期间的电荷。此外，关于自旋控制的发展，我们对称为绝热旋转反转的稳定自旋操作方法的建议进行了原理验证实验，这是用于较短的操作时间的提议，表明即使相互作用较弱，也可能导致旋转反转操作，从而导致结果。此外，关于孔自旋系统，我们在二维系统中成功地重组了实验，成功控制了孔自旋的密度，并准备提出结果。还为将来的量子点实验进行了数值模拟，为进一步发展研究结果奠定了基础。每个结果都有开发的空间，并通过光线和随后的自旋操作进行稳定的自旋激发，正确地结合元素技术很重要。我们希望这将通过将其应用于对半导体中自旋的基本物理特性的研究来实现这项研究的目标。

项目成果

Fast singlet-triplet readout using a deep neural network

使用深度神经网络快速读取单重态-三重态

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Matsumoto;T. Fujita;A. Ludwig;A. D. Wieck;and A. Oiwa
• 通讯作者: and A. Oiwa

Distinguishing persistent effects in an undoped GaAs/AlGaAs quantum well by top-gate-dependent illumination

• DOI: 10.1063/5.0047558
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: T. Fujita;R. Hayashi;M. Kohda;J. Ritzmann;A. Ludwig;J. Nitta;A. Wieck;A. Oiwa

Noise-robust classification of single-shot electron spin readouts using a deep neural network

• DOI: 10.1038/s41534-021-00470-7
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: npj Quantum Information
• 影响因子: 7.6
• 作者: Yuta Matsumoto;T. Fujita;A. Ludwig;A. Wieck;Kazunori Komatani;A. Oiwa

量子ドット列を介したスピン量子ビットの断熱量子状態転送

通过量子点阵列的自旋量子位的绝热量子态转移

• 发表时间: 2023
• 作者: 湯田 秀明;藤田 高史;大岩 顕
• 通讯作者: 大岩 顕

深層学習手法を用いた量子ドット内電子スピン状態の高精度検出

使用深度学习技术高精度检测量子点中的电子自旋态

• 发表时间: 2021
• 作者: 松本雄太;藤田高史;Arne Ludwig;Andreas D. Wieck;大岩顕
• 通讯作者: 大岩顕