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NTT持株会社ニュースリリース

参考図

図1 本研究の背景の概念図

図1 本研究の背景の概念図

 左上は、スピン軌道相互作用の基本概念。原子核周りを軌道運動する電子スピンは有効磁場を感じる。右上はスピン量子ビットの概念図で、下はスピン軌道相互作用を利用したスピン量子ビットの概念図。スピン軌道相互作用が大きいと電子スピンを高速に回転でき計算速度が向上するが、電子スピンは乱れやすくなり、情報の消失につながる。そこでスピン軌道相互作用の大きさを電気的に制御する必要がある。

図2 自己形成InAs量子ドット試料の模式図と電子顕微鏡写真

図2 自己形成InAs量子ドット試料の模式図と電子顕微鏡写真

 チタンとアルミ(Ti/Al)のナノギャップ電極を取り付けた自己形成InAs量子ドットを用いた。ナノギャップの幅は30nm程度で、InAs自己形成量子ドットは150nm×100nmの楕円型である。ナノギャップ電極にバイアス電圧(Vsd)を加えた電流を測定することで、量子ドットの量子化準位を介した伝導を測定する。また量子ドット中の電子数はバックゲート電圧(V)で制御する。スピン軌道相互作用の制御は近接させたサイドゲート電圧(Vsg)で行う。右は実際に測定した試料の電子顕微鏡写真である。

図3 スピン軌道相互作用の効果と伝導度スペクトル

図3 スピン軌道相互作用の効果と伝導度スペクトル

 左図はスピンと軌道が異なる2つの状態のエネルギー状態図で、「↑」と「↓」はスピン、ab は軌道の指標を表す。2つの状態はスピン軌道相互作用により反交差を起こす(右図)。Δ はスピン軌道相互作用エネルギーである。

図4 状態交差点付近の伝導度の磁場とバイアス電圧依存性

図4 状態交差点付近の伝導度の磁場とバイアス電圧依存性

  1. 左:近藤効果による伝導度ピークの摸式図。2つの状態が交差している場合は、電極間電圧Vsdに対して1つのピークだが、反交差している場合は、2つピークが現れる。このピークの間隔はスピン軌道相互作用エネルギーΔ の4倍である。
  2. 右:伝導度の電極間電圧Vsdと磁場に対する依存性。スピンが異なる2つの軌道が磁場とともに接近するが、4T付近で反交差が起きていることを示す。

図5 スピン軌道相互作用エネルギーのサイドゲート電圧依存性

図5 スピン軌道相互作用エネルギーのサイドゲート電圧依存性

  1. 左:近藤効果による伝導度ピーク分裂のサイドゲート電圧依存性。分裂の大きさがサイドゲート電圧で変化する様子が分かる。
  2. 右:異なる電子数領域で観測したスピン軌道相互作用エネルギーのサイドゲート電圧依存性。関与する電子状態の違いを反映して、異なる傾向を示す。

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