ネオシリコン量子情報デバイス

新硅量子信息器件

• 批准号: 04F04348
• 负责人: 小田 俊理
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04F04348/
• 关键词: ナノ結晶シリコン; 量子ビット; 量子情報デバイス; 分散溶液; ドット集積化; 擬似分子状態; コヒーレント相互作用; 準分子状態; 分子テンプレート

シリコン量子ドットの粒径と粒子間隔を制御する新材料「ネオシリコン」をベースとして、量子情報処理の基本素子である量子ビットをナノシリコンマルチドット構造で形成するための基盤技術構築を目指し、シリコンナノドットの高濃度分散溶液技術と、電子ビーム直接描画によるナノコンタクト電極作製技術を組み合わせて、多重シリコンナノドットをチャネルとするトランジスタを作製し、その電気特性を評価した(ナノギャップ金属電極の作製は、ニューヨーク州立大学のDr Wei Chenとの共同研究)。ドット分散溶液の濃度と蒸発速度を調節することにより、いくつかの試作素子において、ナノギャップ内にシリコンナノドット数個を集積化することに成功した。また、膜厚50nmの高濃度ナノ結晶シリコン薄膜上に、チャネル長・幅〜20nmの量子ポイントコンタクトトランジスタ(PCT)を作製し、強く結合した多重シリコン量子ドットを介した単電子輸送現象を解析した。試作した素子において、クローンギャップ内に4.2Kで観測されたトンネルコンダクタンスピークの電圧依存性を詳細に解析し、また非平衡近藤効果の理論計算と比較した。その結果、このコンダクタンスピークは、ナノ結晶シリコンドット内の単電子スピンと、PCTのソース・ドレイン領域内の自由電子間の強い相互作用による非平衡近藤効果に起因していることを見出した。この知見は、シリコンベースの電子スピン量子ビットを開発する上での重要な基盤を与えるものである。さらに、高濃度極薄SOI基板上に、単電子トランジスタの電子島となる主ドットと、それにトンネル結合する副ドットを有する新しいトランジスタ構造を作製し、単電子輸送特性を評価した。その結果、通常のクーロン振動の中に、周期的に電流ピークが大きく抑制される現象を観測した。シミュレーションとの比較により、この現象が、2ドット間のトンネル結合が強くなるバイアス条件では、主ドットを介した単電子トンネルが抑制されることに起因していることを明らかにした。

New materials for controlling particle size and particle spacing of quantum particles, quantum information processing elements, quantum particles, formation of substrate structures, high-concentration dispersion solution technology, electron direct drawing, electrode fabrication technology, assembly and integration Evaluation of electrical characteristics of multi-layer metal electrodes (co-study by Dr. Wei Chen of National University of Technology). The concentration and evaporation rate of the dispersed solution were adjusted. The concentration and evaporation rate of the dispersed solution were adjusted. The concentration and evaporation rate of the dispersed solution were adjusted. The electron transport phenomenon was analyzed by the preparation and strong binding of high concentration crystalline thin films with film thickness of 50nm and quantum conductivity (PCT) with length and amplitude of ~ 20nm. A detailed analysis and comparison of the voltage dependence of the measurement results at 4.2K As a result, the non-equilibrium Kondo effect caused by the strong interaction between free electrons in the field of PCT and crystal structure has been found This knowledge is important for the development of electronic and quantum technologies. To evaluate the electron transport characteristics of a novel electron transport structure on a thin SOI substrate with a high concentration of electrons. As a result, normal vibration, periodic current and large vibration suppression phenomena were detected. In comparison with the case, it is clear that the reason for this phenomenon is that the connection between the two terminals is stronger, but the single terminal is suppressed by the main terminal.

项目成果

Silicon Nanoelectronics

硅纳米电子学

• 发表时间: 2005
• 作者: S.Oda;D.Ferry
• 通讯作者: D.Ferry

Observation of Interdot Coupling Phenomena in Nanocrystalline Silicon Point-Contact Structures,

纳米晶硅点接触结构中点间耦合现象的观察，

• 发表时间: 2006
• 期刊: Current Appl. Phys. Vol.6, No.3
• 作者: M.Khalafalla;H.Mizuta;Z.A.K.Durrani;H.Ahmed;S.Oda
• 通讯作者: S.Oda

Charge injection and trapping in silicon nanocrystals

• DOI: 10.1063/1.2119431
• 发表时间: 2005-10-31
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Rafiq, MA;Tsuchiya, Y;Milne, WI
• 通讯作者: Milne, WI

Coulomb oscillation fingerprints used for identifying dominant charging islands in a two-dimensional tunnel-coupled nanocrystalline Si grain network

库仑振荡指纹用于识别二维隧道耦合纳米晶硅晶粒网络中的主要充电岛

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physical Review B 74
• 作者: M.Khalafallah;H.Mizuta;Z.A.K.Durrani
• 通讯作者: Z.A.K.Durrani

Coherent states in a coupled quantum dot nanocrystalline silicon transistor

耦合量子点纳米晶硅晶体管中的相干态

• 发表时间: 2004
• 期刊: Applied Physics Letters 85
• 作者: M.Khalafalla;H.Mizuta;Z.A.K.Durrani
• 通讯作者: Z.A.K.Durrani