グラフェン量子ドットにおける単キャリア輸送現象と量子情報デバイス応用の研究

石墨烯量子点单载流子输运现象及量子信息器件应用研究

• 批准号: 16J07438
• 负责人: 岩﨑 拓哉
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Japan Advanced Institute of Science and 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: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J07438/
• 关键词: グラフェン; 六方晶窒化ホウ素; 量子ドット; クーロンブロッケード; 第一原理計算; 単電子トランジスタ; ドーピング; アニール; チップ増強ラマン分光

グラフェン量子ドット中の電子のスピンは、スピン-軌道相互作用や超微細相互作用といったデコヒーレンス要因が少ないため、固体量子ビット等の量子情報処理素子実現のキーファクターとして期待され注目されている。量子ビット素子開発のためには、グラフェンで制御性の良い量子ドット素子を作製し、電子一個を閉じ込める必要がある。しかし、電荷不純物やエッジラフネス等に起因するポテンシャル不均一性により、意図しない多重量子ドットがグラフェン中に形成され、ドット数を正確に定義することが困難となっている。本研究ではグラフェン素子に単一量子ドットを定義するために、これまでに行ってきた電荷不純物の検出及び低減する方法、さらには二次元原子層絶縁体である六方晶窒化ホウ素でグラフェンを挟み込んだ積層ヘテロ構造作製技術を組み合わせることにより、主にエッジラフネスに起因するポテンシャル不均一性により形成されるドットが単一となるグラフェン素子構造を探索した。様々な寸法の単一狭窄構造を持つ素子を作製し、低温において電子輸送特性を調べた結果、バックゲート変調のみで単一量子ドットが支配的となるクーロンブロッケード特性が観測される狭窄寸法を見出した。第一原理計算を用いた解析によりこの輸送特性が狭窄構造に現れるメカニズムを調べた結果、チャネルの電子輸送方向への閉じ込め効果により局所状態密度の離散化および透過係数スペクトルの共鳴準位が現れることが分かり、狭窄構造とその外側にある広いリード構造との接合が量子ドット形成に重要な役割を果たしている可能性を示した。

Quantum information processing elements such as quantum dots, solid-state quantum dots, etc. are expected to be realized in the near future. The quantum element is developed and controlled. The quantum element is controlled and controlled. The electron is closed. It is difficult to correctly define the number of particles formed in a multiple-quantum system due to the heterogeneity of particles and impurities. In this paper, we study the methods of detection and reduction of charge impurities in the single-quantum structure, and the methods of combination of hexagonal crystal structure and structural technology in the two-dimensional atomic layer insulation. The main reason for this is that the structure of the element is not uniform. The electron transport properties of a single narrow structure are controlled by a single narrow structure, and the electron transport properties of a single narrow structure are controlled by a single narrow structure. The first principle calculation shows the possibility of discretization of the density of states and the transmission coefficient of the resonance level of the electron transport characteristics from the narrow structure to the outer structure to the junction quantum structure to the formation of the electron transport direction.

项目成果

三層グラフェンのヒステリシス現象

三层石墨烯的磁滞现象

• 发表时间: 2017
• 作者: 岩﨑 拓哉;Manoharan Muruganathan;水田 博
• 通讯作者: 水田 博

Single carrier transport in monolayer graphene nano-devices

单层石墨烯纳米器件中的单载流子传输

• 发表时间: 2017
• 作者: Takuya Iwasaki;Manoharan Muruganathan;Hiroshi Mizuta
• 通讯作者: Hiroshi Mizuta

Single carrier transport in graphene nanostructure

石墨烯纳米结构中的单载流子传输

• 发表时间: 2017
• 作者: Takuya Iwasaki;Zhongwang Wang;Manoharan Muruganathan;Hiroshi Mizuta
• 通讯作者: Hiroshi Mizuta

Observation of Single Carrier Transport Behavior in Graphene Nano Constrictions

石墨烯纳米收缩中单载流子传输行为的观察

• 发表时间: 2017
• 作者: Zhongwang Wang;Takuya Iwasaki;Manoharan Muruganathan and Hiroshi Mizuta
• 通讯作者: Manoharan Muruganathan and Hiroshi Mizuta

Tip-Enhanced Raman characterization of He-ion-irradiated CVD graphene channels

氦离子辐照 CVD 石墨烯通道的尖端增强拉曼表征

• 发表时间: 2017
• 作者: Taharh Zelai;Takuya Iwasaki;Stuart Boden;Harold Chong;Hiroshi Mizuta;and Yoshishinge Tsuchiya
• 通讯作者: and Yoshishinge Tsuchiya