量子ドット単一THz光子検出器とイメージング顕微鏡への応用

量子点单太赫兹光子探测器及其在成像显微镜中的应用

• 批准号: 11F01818
• 负责人: 生嶋 健司
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01818/
• 关键词: 量子ホール効果; テラヘルツ; グラフェン; 検出器; イメージング; 量子ドット

本研究の目的は、半導体量子構造によるテラヘルツ(1 THz=10^<12>Hz)帯域の単一光子検出機構を応用して、局所領域からのテラヘルツ放射を超高感度で検出・イメージングする基盤技術を提供することである。特に、単電子トランジスタとして動作する半導体量子ドットや量子ホール効果素子におけるランダウ準位間光学遷移を追及し、テラヘルツ帯域の検出器および光源の可能性を探る。現在、量子ドット検出器はGaAs/AIGaAsヘテロ構造結晶において作製され、強磁場中におけるサイクロトロン共鳴を利用しで2-3THz帯域のフォトンカウンティングに成功している。最近では、固体チップ上でのTHz光子制御を目指し、量子ホールエッジ状態を利用した点光源と量子ドット単一光子検出器を同一基板上で結合させる研究を挙展させている。一方で、検出器開発に関しては、中赤外光への波長拡張を目指し、グラフェンのランダウ準位を利用したTHz素子の開発を推進している。外国人研究員Dr. Hadley Videlierの研究目的は、グラフェン素子によるテラヘルツ帯の高感度検出器を開発し、局所領域からのTHz放射を超高感度で検出・イメージングする基盤技術を提供することである。特に、単電子トランジスタとして動作する半導体量子ドットや量子ホール効果素子におけるランダウ準位間光学遷移を追及し、テラヘルツ帯域の検出器および光源の可能性を探る。本研究において、(1) Kishグラファイトからの薄層グラフェン剥離方法、(2)グラフェンの電子ビームリソグラフィによる微細加工、(3)接触抵抗の軽減、(4)コンタミや吸着分子の除去、の各方法を研究室内で確立し、Bow-tieアンテナ付きグラフェンTHz素子を作製した。さらに、最近、比較的大きな単層グラフェン片が取り出せるようになったことから、グラフェンのランダウ準位発光をグラフェンそのもので検出するオンチップ・THz検出の素子開発も行った。電磁場解析シミュレーション(FDTD法)を用いて、局所的に発生した単層グラフェンからのランダウ準位発光を効率よく隣接した独立なグラフェンホール素子で検出するための設計を行った。

The purpose of this study is to provide a substrate technology for semiconductor quantum structures with ultra-high sensitivity detection and emission in the 1 THz=10 <12>Hz band. The possibility of semiconductor quantum devices and quantum effect devices in the field of semiconductor quantum devices and quantum effect devices in the field of semiconductor quantum devices is explored. At present, quantum detectors are successfully used in GaAs/AIGaAs crystal structures and in strong magnetic fields to generate resonance in the 2-3THz band. Recently, the THz photon control technology on solid state and quantum state has been studied by using point light sources and quantum detectors on the same substrate. In one aspect, the detector development is related to the wavelength extension of the infrared light, and the wavelength adjustment level of the infrared light is used to promote the development of THz elements. Foreign researcher Dr. Hadley Videlier's research aims to develop high sensitivity detectors for THz emission in the field of high sensitivity detectors for THz emission in the field of high sensitivity detectors for THz emission. The possibility of semiconductor quantum devices and quantum effect devices in the field of semiconductor quantum devices and quantum effect devices in the field of semiconductor quantum devices is explored. In this study,(1) thin layer separation method for Kish separation,(2) electron micromachining for Kish separation,(3) reduction of contact resistance,(4) removal of adsorbed molecules, and the preparation of THz elements were established in the laboratory. The most recent and most recent of these large, flat, flat. Electromagnetic field analysis (FDTD method) is applied to the design of the electromagnetic field.

项目成果

量子ホール端状態間散乱を用いた閉じ込めポテンシャル近傍のスピン分裂の研究

利用量子霍尔边缘态间散射研究近约束势的自旋分裂

• 发表时间: 2013
• 作者: 伊藤惇;岡野俊;生嶋健司
• 通讯作者: 生嶋健司

量子ドットーエッジ状態結合系THz共振器

量子点边缘态耦合太赫兹谐振器

• 发表时间: 2013
• 作者: 岡野俊;伊藤惇;生嶋健司
• 通讯作者: 生嶋健司

Photon generation by injection of electrons via quantum Hall edge channels

通过量子霍尔边缘通道注入电子产生光子

• 发表时间: 2011
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Johan Mazel;Romain Fontugne and Kensuke Fukuda;Kenji Ikushima
• 通讯作者: Kenji Ikushima

赤外近接場応答のパッシブ観測

红外近场响应的被动观测

• 发表时间: 2012
• 作者: 生嶋健司;伊藤惇;岡野俊;K. Ikushima;宮本陽介
• 通讯作者: 宮本陽介

Passive Infrared Microscope with High Spatial Resolution

高空间分辨率被动红外显微镜

• DOI: 10.1109/irmmw-thz.2012.6380460
• 发表时间: 2012
• 期刊: Conference papers of the 37th International Conference on Infrared, Millimeter and THz Waves
• 作者: Y. Miyamoto;K. Kobayashi;A. Ito and K. Ikushima
• 通讯作者: A. Ito and K. Ikushima