公募研究 05（平成22年度採択）：

異種g因子２重量子ドットを用いた電子スピン・核スピン制御の研究

2つの半導体量子ドットが結合した系において観測される、単一の電子スピンに依存した電流閉鎖メカニズム（スピンブロッケード）がドットのスピン散乱にひときわ敏感であることを利用し、電子スピンと相互作用する核スピンの検出、制御を行う。ドットの構成材料の違いから互いに異なる電子スピンg因子をもつ2つの量子ドットが結合した系（異種ｇ因子２重量子ドット）は磁場中において互いに大きく異なるゼーマンスピン分裂を示すことがわかっている。本研究ではこのような異種ｇ因子２重量子ドットにおけるスピンブロッケード効果と核スピン効果を探求し、最終的には電子スピン量子ビットに対する核スピン量子メモリとしての応用の可能性を探究する。

具体的にはスピンブロッケード状態に設定可能な、GaAsドットとInGaAsドットからなる異種ｇ因子2重ドット素子を複数作成し、各ドットのｇ因子を評価したのち、異種ｇ因子２重量子ドットのスピンブロッケード状態で観測されるリーク電流を検出プローブとし、特定の電子スピン核スピン散乱の時間的繰り返しによりドット内の核スピンを一方方向へ偏極させる。さらに試料近傍に設置したコイルによりrf帯の交流磁場を印加することでNMRの手法により偏極核スピンをコヒーレントに制御する。GaAsドットとInGaAsドットの偏極核スピンで予想される核四重極分裂の違いを利用し、各ドットの偏極核スピンを独立に生成・制御することを目指す。さらにドット素子の平均的なトンネルイベント間隔であるナノ秒オーダーのDCパスルを素子に印加することで、核スピン偏極ダイナミクスの時間分解測定・制御を行う。さらに複数のDCパスルを足し合わせた成形多段パスルを用い、より複雑なシーケンスを開発することで核スピン量子メモリへの書き込み・読み出しにを目指す。

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