3量子ビットの実装へ向けた3重量子ドットにおけるスピン相関とスピン操作の研究

三量子点中自旋相关和自旋操纵的研究以实现三量子位

• 批准号: 10J08984
• 负责人: 高倉 樹
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08984/
• 关键词: 量子ドット; 電子スピン; 量子ビット; 量子ポイントコンタクト; パウリスピンブロッケード; 電荷検出; 微小磁石; 高周波

当該年度においては、前年度に横型3重量子ドット試料において(1,1,1)電荷状態を実現したことを踏まえ、少数電子状態でパウリスピンブロッケード状態を実現し、各ドットにおける電子スピン共鳴を検出することを目的として研究を遂行した。従来までは2端子型3重量子ドット試料を用いてきたが、トンネル結合の制御が不十分であったためスピンブロッケードを観測することができなかった。そこで本年度は新たに3重量子ドットの両端だけでなく中央のドットにもリード電極を接続させた3端子3重量子ドット試料を作製し、測定した。その結果、3端子3重量子ドット試料において再び少数電子状態を実現し、量子ポイントコンタクトを用いた電荷検出測定によって(1,1,1)電荷状態であることを同定した。この電子数の近傍ではドット電流測定によって電荷状態安定図において明瞭なバイアス三角形が観測され、トンネル結合が十分に制御されていることを確認した。ここから隣接するドット間の(1,1)-(0,2)電荷遷移近傍におけるバイアス三角形の磁場依存性を測定することで、2重量子ドットでの強結合スピンブロッケードに見られるものと同様のリーク電流特性を得た。さらにゲート電圧のバランスを変えることで異なる(1,1,1)電荷状態を形成し、この近傍においては弱結合スピンブロッケードに特有のリーク電流特性を観測した。これらの結果から、3端子3重量子ドットにおいて強結合および弱結合のスピンブロッケードの実現に成功したと結論付けられる。さらにドット直上に微細加工された微小磁石による傾斜磁場法を用いてスピン回転操作を試みたが、電子スピン共鳴の検出には至らなかった。本研究では電子スピン共鳴の実験に十分な時間を確保できたとは言えず、今後も実験を継続することで当初の目的であった3重量子ドットにおける電子スピン共鳴が実証されることが期待される。

When the annual に お い て は, before the annual に horizontal type 3 heavy quantum ド ッ ト sample に お い て,1,1 (1) charge state を be presently し た こ と を tread ま え, a few electronic state で パ ウ リ ス ピ ン ブ ロ ッ ケ ー ド state を be し now, various ド ッ ト に お け る electronic ス ピ ン resonance を 検 out す る こ と を purpose と し を て research carries out し た. 従 to ま で は type 2 terminal 3 heavy quantum ド ッ ト sample を with い て き た が, ト ン ネ ル combining の suppression が not quite で あ っ た た め ス ピ ン ブ ロ ッ ケ ー ド を 観 measuring す る こ と が で き な か っ た. そ こ で は this year new た に 3 heavy quantum ド ッ ト の struck the だ け で な く central の ド ッ ト に も リ ー ド electrode を meet 続 さ せ た 3 terminal 3 heavy quantum ド ッ ト sample し, determining the を cropping し た. そ の results, 3 terminal 3 heavy quantum ド ッ ト sample に お い て び again a few electronic state を be し now, quantum ポ イ ン ト コ ン タ ク ト を with い た charge 検 out measurement に よ っ て,1,1 (1) charge state で あ る こ と を with fixed し た. こ の の number of electrons near alongside で は ド ッ ト rheometry に よ っ て charge state stability 図 に お い て clear な バ イ ア ス triangle が 観 measuring さ れ, ト ン ネ ル combining が very に suppression さ れ て い る こ と を confirm し た. こ こ か ら 隣 meet す る ド ッ ト の between (1, 1) - (0, 2) charge transfer nearly alongside に お け る バ イ ア ス triangle の determination of magnetic field dependence を す る こ と で, 2 quantum ド ッ ト で の strong combination ス ピ ン ブ ロ ッ ケ ー ド に see ら れ る も の と with others の リ ー た ク を current characteristics. さ ら に ゲ ー ト electric 圧 の バ ラ ン ス を - え る こ と で different な る,1,1 (1) charge state を し, こ の nearly alongside に お い て は weak combination ス ピ ン ブ ロ ッ ケ ー ド に の unique リ ー ク を current characteristics 観 し measurement た. こ れ ら の results か ら, 3 terminal 3 heavy quantum ド ッ ト に お い て strong combination お よ び weak combination の ス ピ ン ブ ロ ッ ケ ー ド の be presently に successful し た と conclusion pay け ら れ る. さ ら に ド ッ ト straight on に microfabrication さ れ た tiny magnets に よ る を tilted magnetic field method with い て ス ピ ン back planning operation を み た が, electronic ス ピ ン resonance の 検 out に は to ら な か っ た. This study で は electronic ス ピ ン resonance の be 験 に very な time を ensure で き た と は said え ず, future も be 験 を 継 続 す る こ と で の original purpose で あ っ た 3 heavy quantum ド ッ ト に お け る electronic ス ピ ン resonance が card be さ れ る こ と が expect さ れ る.

项目成果

横型3重量子ドットにおける電荷検出信号の定量評価

水平三量子点电荷检测信号的定量评估

• 发表时间: 2010
• 作者: T. Takakura;et al.;高倉樹
• 通讯作者: 高倉樹

Triple quantum dot device designed for three spin qubits

• DOI: 10.1063/1.3518919
• 发表时间: 2010-11
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: T. Takakura;M. Pioro-Ladrière;T. Obata;Y. Shin;R. Brunner;K. Yoshida;T. Taniyama;S. Tarucha

Quantitative Evaluation of Charge Sensing Sensitivity in a Laterally Defined Triple Quantum Dot

横向限定的三量子点中电荷传感灵敏度的定量评估

• 发表时间: 2010
• 作者: T. Takakura;et al.;高倉樹;T.Takakura
• 通讯作者: T.Takakura