2024年 | プレスリリース?研究成果
酸化亜铅における电界制御量子ドット形成と量子多体効果観测を実现 ─新材料量子デバイス开発に期待─
【本学研究者情报】
〇材料科学高等研究所/电気通信研究所 准教授 大塚朋广
【発表のポイント】
- 酸化物半导体の酸化亜铅を用いて、量子デバイスの基本构造である电界制御量子ドット（注1）を初めて形成し、その电気伝导特性を测定しました。
- 量子ドット内の电子数の偶奇によらない近藤効果（注2）を确认し、その特徴的な温度依存性、磁场依存性を観测しました。
- 酸化亜铅は良好なスピン量子コヒーレンス（注3）や电子相関（注4）が强い等の特徴を持ち、量子コンピュータ（注5）の开発等に向けた新半导体材料として期待されます。
【概要】
これまで量子デバイスの基本構造である半導体量子ドットは主にガリウムヒ素やシリコンを材料として作られ、制御性の高い電界制御量子ドットが半導体量子コンピュータの開発等に向けて利用されてきました。一方、近年の技術革新によって、酸化亜鉛を用いて高品質なヘテロ構造の作製が可能となってきましたが、電界制御量子ドットはこれまで実現されていませんでした。酸化亜铅は良好なスピン量子コヒーレンスのため量子ビット（注6）材料として期待でき、また电子相関が强い等の特徴を活かした新しい量子デバイスの开発につながる可能性があります。
东北大学大学院工学研究科の野吕康介大学院生（同大学电気通信研究所所属）と同大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）の大塚朋广准教授（同大学电気通信研究所兼任）、物质?材料研究机构ナノアーキテクトニクス材料研究センター（奥笔滨-惭础狈础）の小塚裕介グループリーダー、东京大学大学院工学系研究科の塚﨑敦教授（东北大学金属材料研究所兼任）と川﨑雅司教授（理化学研究所创発物性科学研究センターグループディレクター兼任）らは、酸化亜铅ヘテロ构造を用いて电界制御型の量子ドットの形成に初めて成功し、その电気伝导特性を测定しました。また酸化亜铅量子ドットで、量子多体効果の近藤効果が电子数の偶奇によらず発现する新现象を発见し、従来材料とは异なる特徴的な温度依存性、磁场依存性を示すことを観测しました。新材料の酸化亜铅で电界制御量子ドットを実现できたことで、これを利用した新しい量子デバイスの开発が期待されます。
本研究成果は、2024年11月7日（現地時間午前10時）に科学誌Nature Communicationsにオンライン掲載されました。
図1. (a) 作製したデバイス構造。二次元電子ガスが(Mg, Zn)O/ZnOの界面に形成される。ゲート電極に電圧を印加することで量子ドットの閉じ込めポテンシャルを形成する。(b) 作製したデバイスの走査型電子顕微鏡写真。丸で示された部分に量子ドットが形成される。
【用语解説】
注1. 電界制御量子ドット
数十苍尘の微小な领域に电界制御によって电子を闭じ込めた构造。量子闭じ込め効果等により人工的に制御できる量子状态が形成されるため、量子コンピュータに向けた量子ビット等として利用できる。形状のみにより闭じ込める自己形成量子ドットに比べて制御性が高い。
注2. 近藤効果
局在スピン等の自由度と、多数の伝导电子が相互作用して生じる量子多体効果。量子ドット系では近藤状态の形成により特徴的な电気伝导が生じる。
注3. 量子コヒーレンス
良好な量子状态やその保持时间。良好な量子コヒーレンスは量子コンピュータ等に必须となる。
注4. 電子相関
电子间の相互作用。うまく活用すれば、离れた量子ビット间の量子操作など新しい量子技术の芽になると期待されている。
注5. 量子コンピュータ
量子状态を活用して情报処理を行うコンピュータ。従来のコンピュータでできない情报処理が可能になると期待されている。
注6. 量子ビット
量子状态を保持して演算を行うための素子。量子コンピュータの基本构成素子となる。
【论文情报】
タイトル：Parity-independent Kondo effect of correlated electrons in electrostatically defined ZnO quantum dots
(电界闭じ込め型酸化亜铅量子ドットの形成と相関电子による近藤効果)
著者：Kosuke Noro, Yusuke Kozuka, Kazuma Matsumura, Takeshi Kumasaka, Yoshihiro Fujiwara, Atsushi Tsukazaki, Masashi Kawasaki and Tomohiro Otsuka*
*責任著者：东北大学材料科学高等研究所 准教授 大塚朋廣
掲載誌：Nature Communications
顿翱滨：
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学 材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）
（兼）东北大学 电気通信研究所
（兼）东北大学 大学院工学研究科
（兼）东北大学 Tohoku Quantum Alliance (TQA)
（兼）东北大学 先端スピントロニクス研究开発センター
准教授 大塚 朋广
TEL: 022-217-5509
Email: tomohiro.otsuka*tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください）
（报道に関すること）
东北大学 材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）
広报戦略室
TEL: 022-217-6146
Email: aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
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