シリコン量子ドット中のスピン状態に関する高速読み出し技術の開発と物理の解明

高速读出技术的发展和硅量子点自旋态物理的阐明

• 批准号: 16F16806
• 负责人: 小寺 哲夫
• 金额: $ 1.47万
• 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: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-11-07 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16806/
• 关键词: 量子ドット; 量子デバイス; スピン; 量子情報; シリコン; 電荷センサ; 正孔

本研究の目的は、スピン状態を高速に読み出す技術を開発し、シリコン量子ドット中のスピンコヒーレンスの物理を解明することにある。本研究により、スピン軌道相互作用の大きさを定量的に評価し、さらに電場や磁場に対するスピン軌道相互作用の大きさやスピン緩和時間の依存性を得ることを目指している。具体的には、MOS構造を利用したpチャネルの量子ドットを作製し、高速読み出しに使用する単正孔トランジスタを量子ドットの近傍に配置する。またスピンを高速に読み出すためのRF反射法を利用した測定系を構築し、既存のnチャネル量子ドットと対比させながら、新たに作製したpチャネル量子ドットにおけるスピンコヒーレンスに関わる物理を明らかにしていく。本年度は、研究実施計画に沿い、作製した素子の評価を進めると同時に、測定系の構築を進め、RF反射法による測定を開始した。２重量子ドットにおける正孔輸送特性の直接測定や、単正孔トランジスタによる電荷センシング測定に成功した。２重量子ドットにおける正孔輸送特性の直接測定では、スピンブロッケード現象を観測した。スピンブロッケード状態でわずかに流れるリーク電流の磁場依存性から、スピン軌道相互作用によってスピン緩和が起きていることを示唆する振る舞いが得られた。また、そのリーク電流の磁場依存性が、上部電極の電圧によって変調されることを観測した。電界によってスピン軌道相互作用を制御できている可能性がある。今後、スピン緩和時間やデコヒーレンス要因について調べることを目指し、RF反射法を用いた測定データの取得を行うことができた。

は の purpose, this study ス ピ ン state を high-speed に 読 み を す technique open 発 し, シ リ コ ン quantum ド ッ ト in の ス ピ ン コ ヒ ー レ ン ス の physical を interpret す る こ と に あ る. This study に よ り, ス ピ ン orbital interaction の big き さ を に of quantitative evaluation of 価 し, さ ら や に electric field magnetic field に す seaborne る ス ピ ン orbital interaction の big き さ や ス ピ ン temper time の dependence を る こ と を refers し て い る. Specific に は, MOS structure を using し た p チ ャ ネ ル の quantum ド ッ ト を cropping し, high-speed 読 み out し に use す る 単 is hole ト ラ ン ジ ス タ を quantum ド ッ ト の nearly alongside に configuration す る. ま た ス ピ ン を high-speed に 読 み out す た め の を RF reflection method using し た determination を build し, existing の n チ ャ ネ ル quantum ド ッ ト と than さ seaborne せ な が ら, new た に cropping し た p チ ャ ネ ル quantum ド ッ ト に お け る ス ピ ン コ ヒ ー レ ン ス に masato わ る physical を Ming ら か に し て い く. は, research this year be plan に along い, cropping し た element child の review 価 を into め る と に, at the same time determination is の build を into め, RF reflection method に よ る determination を began し た. 2 heavy quantum ド ッ ト に お け る transportation の is hole directly や, 単 is hole ト ラ ン ジ ス タ に よ る charge セ ン シ ン グ determination に successful し た. The transport characteristics of the double quantum ドットにおける normal hole are directly determined by <s:1> で and スピ ブロッケ ブロッケ ド ド. The phenomenon of を観 is measured by た. ス ピ ン ブ ロ ッ ケ ー ド state で わ ず か に flow れ る リ ー の ク current magnetic field dependence か ら, ス ピ ン orbital interaction に よ っ て ス ピ ン ease が up き て い る こ と を in stopping す る vibration る dance い が must ら れ た. Youdaoplaceholder0, そ リ リ, リ, <s:1>, <s:1>, magnetic field dependence of <s:1>, and <s:1> voltage によって variation of the upper electrode される される とを観 measurement of た. The electrical によってスピ を orbital interaction を governs the で て て る る possibilities がある. In the future, ス ピ ン time や デ コ ヒ ー レ ン ス by に つ い て adjustable べ る こ と を refers を し, RF reflection method using い た determination デ ー タ の を row う こ と が で き た.

项目成果

Charge-noise-limited coherence and three-nines fidelity of an enriched Si/SiGe spin qubit

富集 Si/SiGe 自旋量子位的电荷噪声限制相干性和三九保真度

• 发表时间: 2017
• 作者: J. Yoneda;K. Takeda;T. Otsuka;T. Nakajima;M. R. Delbecq;G. Allison;T. Honda;T. Kodera;S. Oda;Y. Hoshi;N. Usami;K. M. Itoh;S. Tarucha
• 通讯作者: S. Tarucha

Physically-defined p-channel silicon double quantum dots with a charge sensor

具有电荷传感器的物理定义的 p 沟道硅双量子点

• 发表时间: 2017
• 作者: M. Kobayashi;E. Tylaite;N. Shimatani;Y. Yamaoka;and T. Kodera
• 通讯作者: and T. Kodera

Physically-defined two silicon double quantum dots coupled electrostatically toward integrated quantum bits

物理定义的两个硅双量子点静电耦合到集成量子位

• 发表时间: 2018
• 作者: T. Kodera;Y. Lu S. Oda
• 通讯作者: Y. Lu S. Oda

デルフト工科大学(オランダ)

代尔夫特理工大学（荷兰）

• 发表时间: 2019

T2R2東京工業大学リサーチリポジトリ

T2R2 东京工业大学研究资料库