表紙の写真：
結合半導体電荷量子ビットによる 2 量子ビット演算
2 量子ビット演算は量子アルゴリズムを実行する上で必要な演算であり、従来の素子では加算や乗算等の演算を行う制御反転演算と 2 つの量子ビットの情報を交換する交換演算のどちらか 1 種類の演算しか実現されていなかった。我々は制御反転演算や交換演算などの複数の機能的な 2 量子ビット演算をそれぞれシングルステップで実現できる素子を開発し、実験的に実証した。(a) 2 量子ビット素子の電子顕微鏡写真。(b) 第 1 量子ビットの条件付きコヒーレント振動。(i) と (ii) はそれぞれ第 2 量子ビットが |1>、|0> の場合。(c) 第 1 量子ビットの相関コヒーレント振動（一点鎖線の部分）。右図と左図はそれぞれ数値計算結果と実験結果を示す。(d) 第 1 量子ビットの相関コヒーレント振動 (i) と条件付き
コヒーレント振動 (ii)。それぞれ (c) と (b) の一点鎖線の部分の振動に対応する（31 ページ）。

原子間力顕微鏡像。

MOVPE 選択成長法により作製したステップフリー GaN 表面
MOVPE 選択成長法により、一辺の長さが 8 ミクロン（直径 16 ミクロン）の領域に、
GaN のステップフリー面（1 分子層の段差も存在しない究極的な平滑面）を初めて形成した。本成果は、窒化物半導体のヘテロ界面を単原子の精度で急峻にすることにより、発光素子の高効率化や、共鳴トンネルダイオードやカスケードレーザ等のサブバンド素子の実現に寄与することが期待される。さらに、窒化物半導体の 2 次元核成長過程を初めて実験的に捉え、その成長機構を詳細に検討した（16 ページ）。

巨大脂質膜リポソームでの秩序液体相ド
メイン形成（蛍光顕微鏡像）。

基板支持脂質二重膜におけるドメイン形成（AFM像）。

巨大脂質膜リポソームにおける秩序液体相ドメイン形成
生体内での膜タンパク質の機能発現に重要な役割を担っているドメイン構造（ラフト様構造）を ､ 巨大脂質膜リポソーム (GUV) を用いることで形成した。基板上で展開す
れば、ミクロンスケールのドメイン構造を安定に形成できる。ナノバイオデバイス構築に向けた、膜タンパク質の配置や機能制御の可能性を示している（23 ページ）。

－Ⅰ－

GaAs NWの透過電子顕微鏡写真。(a) 単一NW。(b), (c) 単一NW中心と先端付近の高倍率像。(d)NW側面の高倍率像。(e)サイズの異なる金粒子を用いたNW。

サイズの異なるGaAs NWのフォトルミネッセンススペクトル。

直径が制御されたフリースタンディング GaAs ナノワイヤと光学特性に現れる量子効果
半導体ナノワイヤ (NW) は半導体ナノ構造の 1 つであり、新しい電子および光デバイス実現に貢献する可能性があるため、注目を集めている。NW は、新しいナノ構造を構成する基本的な構造体となることや、特徴的な量子細線構造を実現することも期待されている。フリースタンディング型の NW の新しい応用を追求するため、GaAs ＮＷのサイズ制御について検討し、その光学特性を調べた。電子顕微鏡写真で明らかなように、異なるサイズの金粒子を用いることで、NW のサイズ制御が可能であることが分かった。また、フォトルミネッセンス測定で、量子効果の観測に成功した。これは、NWの光学特性における量子サイズ効果や、量子細線構造での新規物性の解明に貢献することが期待される（39 ページ）。

(a) 二層構造のフォトニック結晶の概念図およびSEM像（力は対称モード励起の場合）。(b) フォトニックバンド端
モード。(c) 反射スペクトルの入射光強度依存性。(d) 共鳴モードと結合する機械振動の基本モード。(e) 反射光のRFスペクトル。

二層フォトニック結晶による巨大な光力学結合効果の実現
二層構造のフォトニック結晶を世界で初めて実現し、巨大な光力学結合効果が発現することを観測した。厚さ 200 nm の空気層を有する厚さ 200 nm の 2 枚の InP フォト
ニック結晶スラブの作製に成功し、そのフォトニックバンド端共鳴モードの巨大なシフトが観測された。これは共鳴モードで生じる強い輻射圧によるスラブの変位が原因であり、巨大な輻射圧の発生は非常に強い光力学結合効果に起因する。その効
果が大きいため、二層構造の機械振動モードの微小なブラウン運動も光学的に観測されている（42 ページ）。
－Ⅱ－ご あ い さ つ
日頃より、私ども NTT 物性科学基礎研究
所の研究活動に多大なご支援・ご関心をお寄せ頂きまして、誠にありがとうございます。
物性科学基礎研究所では、NTT 事業の未来を支える新たな価値の創造のみならず、普遍的知見の獲得などの学術的貢献もミッションとして、機能物質科学、量子電子物性、量子光物性という 3 つの研究分野において、研究活動を行っております。
研究を進める上で、グローバルな競争力の強化が重要と考え、その施策の 1 つとしてNTT の他研究所や、日本のみならず諸外国の大学や研究機関との幅広い連携、共同研究を積極的に進めております。また、『サイエ
ンスプラザ』や量子物理に関する『国際会議』を開催し、私どもの活動をご理解頂くとともに、それに対する忌憚のないご意見を頂けるように努めております。
さらに、若手研究者の育成も研究所としてのミッションの 1 つと考え、世界中の一流教授・研究者を講師とした『BRL スクール』を隔年で開催しており、2009 年
11 月に実施したスクールでは、世界 9 カ国の大学・研究機関から 35 名の博士課
程の学生、若手研究者が参加しました。この活動が、若手研究者にとって研究活動への大きな刺激となり、将来の研究者育成に貢献できることを期待しております。
これらの活動を通じて、開かれた研究所としての使命を果たすとともに、本研究所での成果を広く世界に発信するよう努力を致す所存でございますので、今後とも一層のご指導・ご鞭撻を賜りますようお願い申し上げます。

2010 年 7 月

NTT 物性科学基礎研究所
所長 横浜 至

－Ⅲ－

目

次
ページ

◆ 表紙
♦ 結合半導体電荷量子ビットによる 2 量子ビット演算◆ カラー口絵 ……………………………………………………………………………Ⅰ♦ MOVPE 選択成長法により作製したステップフリー GaN 表面♦ 巨大脂質膜リポソームにおける秩序液体相ドメイン形成♦ 直径が制御されたフリースタンディング GaAs ナノワイヤと光学特性に現れる

量子効果♦ 二層フォトニック結晶による巨大な光力学結合効果の実現◆ ごあいさつ ……………………………………………………………………………Ⅲ◆ 物性科学基礎研究所

組織図 ……………………………………………………… 1◆ 物性科学基礎研究所

所員一覧 …………………………………………………… 2

Ⅰ . 研究紹介◇ 各研究部の研究概要 …………………………………………………………………………… 13◇ 機能物質科学研究部の研究紹介 ……………………………………………………………… 14♦ NO2 吸着による水素終端ダイヤモンド FET の高周波化♦ 単結晶 AlN (0001) / ダイヤモンド (111) ヘテロ構造♦ MOVPE 選択成長で作製したステップフリー GaN 薄膜♦ MBE 薄膜の精密アニールによる母物質超伝導体 RE2CuO4 の合成♦ ガスソース MBE 法によるグラフェン成長♦ Si 熱酸化における反応界面の安定－不安定転移♦ エピタキシャルグラフェンの積層ドメイン♦ ダイヤモンドからのカーボンナノチューブ合成♦ 神経活動とマグネシウム♦ 巨大脂質膜リポソームを用いたナノバイオデバイス構築♦ 0.18 µm CMOS プロセスを用いたブレインマシンインターフェース用 LSI

チップの研究◇ 量子電子物性研究部の研究紹介 ……………………………………………………………… 25♦ 金フローティングゲートを共有したシリコン細線イオン感応トランジスタ♦ トンネル分光による薄層 SOI-MOSFET 内サブバンドの観測♦ ブロック共重合体の自己組織化を用いた 2 次元パターニング♦ 光による結合ナノ機械共振器の周波数チューニング
♦ νT = 1 二層系における真性エネルギーギャップと励起子凝縮♦ 横結合二重ドットにおけるファノ－近藤効果♦ 結合半導体電荷量子ビットによる 2 量子ビット演算♦ ジョセフソン分岐増幅器による量子ビット測定過程の量子ダイナミクス理論♦ 超伝導磁束量子ビット･共振器系における制御 NOT ゲートの提案♦ 半導体量子ドットにおける近藤効果のスピン蓄積による制御◇ 量子光物性研究部の研究紹介 ………………………………………………………………… 35♦ PPLN 導波路中のカスケード 2 次非線形光学効果を用いた

時間位置もつれ光子対の発生♦ 光格子中にトラップされた冷却フェルミ原子気体の有限温度解析♦ 超伝導アトムチップの損失のメカニズム♦ サブ 10 フェムト秒レーザによる p 型 Si のコヒーレント

フォノンダイナミクスの観測♦ 直径が制御されたフリースタンディング GaAs ナノワイヤと光学特性に現れる量子効果♦ 表面弾性波によって形成したダイナミック量子ドットの発光特性♦ フォトニック結晶ナノ共振器によるサブフェムトジュール全光スイッチ♦ 二層フォトニック結晶による巨大な光力学結合効果の実現♦ 二光子吸収を用いた 1.55 µm 帯全シリコンフォトニック結晶受光器

Ⅱ . 資料◇ サイエンスプラザ 2009 ………………………………………………………………………… 45◇ 第 5 回 NTT 物性科学基礎研究所スクール …………………………………………………… 46◇ 表彰受賞者一覧 ………………………………………………………………………………… 47◇ 報道一覧 ………………………………………………………………………………………… 49◇ 学術論文掲載件数、国際会議発表件数および出願特許件数 ……………………………… 50◇ 国際会議招待講演一覧 ………………………………………………………………………… 52

物性科学基礎研究所

組織図

所 長

横浜

至

ナノバイオ研究統括

主席研究員

鳥光慶一

企画担当

主席研究員

牧本俊樹

機能物質科学研究部

部

長

牧本俊樹

量子電子物性研究部

部

長

山口浩司

量子光物性研究部

部

長

都倉康弘

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

物性科学基礎研究所

所員一覧
2010 年 3 月 31 日付（* は年度途中までの在籍者）

物性科学基礎研究所
所長

横浜

至

湯本潤司 *

ナノバイオ研究統括

主席研究員

鳥光慶一

企画担当

牧本俊樹

総括担当
研推担当

熊倉一英
古川一暁

企画担当

NTT リサーチプロフェッサーNTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )清水富士夫（JST-CREST、電気通信大学）*
野村晋太郎（筑波大学）
井上 恭（大阪大学）

機能物質科学研究部

薄膜材料研究Ｇ
グループリーダ

低次元構造研究Ｇ
グループリーダ

分子生体機能研究Ｇ
グループリーダ部長

牧本俊樹
鳥光慶一 *

補佐

鈴木

哲

嘉数 誠
小林康之
赤坂哲也
Kubovic, Michal *

山本秀樹
谷保芳孝
平間一行

佐藤寿志
Tsai, Chiun-Lung *

日比野浩樹
前田文彦
登倉明雄

尾身博雄
田邉真一

神㟢賢一
高木大輔

鳥光慶一
江幡啓介
島田明佳
後藤東一郎

住友弘二
中島 寛
篠崎陽一

河西奈保子
樫村吉晃
田中あや

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

量子電子物性研究部

ナノデバイス研究Ｇ
グループリーダ

ナノ加工研究Ｇ
グループリーダ

量子固体物性研究Ｇ
グループリーダ

超伝導量子物理研究Ｇ
グループリーダ

スピントロニクス研究Ｇ
グループリーダ



部長

山口浩司

補佐

山崎謙治
唐沢 毅

藤原 聡
小野行徳
登坂仁一朗

影島博之
西口克彦
Khalafalla, Mohammed A.H. *

山口浩司
永瀬雅夫
小野満恒二

山口 徹
Mahboob, Imran

岡本 創
林 順三

村木康二
蟹沢 聖
鈴木恭一
太田 剛
熊田倫雄
日達研一
高品 圭
Grove-Rasmussen, Kasper *

林 稔晶
高瀬恵子
Gamez, Gerardo

仙場浩一
中ノ勇人
田中弘隆
Zhu, Xiaobo

齊藤志郎
角柳孝輔

狩元慎一
Kemp, Alexandre

赤崎達志
原田裕一
関根佳明

田村浩之

山口真澄

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )佐久 規

量子光物性研究部

部長

都倉康弘

補佐

佐々木智

量子光制御研究Ｇ
グループリーダ

量子光デバイス研究Ｇ
グループリーダ

フォトニックナノ構造研究Ｇ
グループリーダ

都倉康弘
清水 薫
山下 眞
武居弘樹
玉木 潔
稲葉謙介

井桁和浩
柴田浩行
森越文明
橋本大祐

熊谷雅美
向井哲哉
本庄利守
原田健一

寒川哲臣
中野秀俊
鎌田英彦
小栗克弥
Zhang, Guoquiang

西川 正
舘野功太
石澤 淳
加藤景子

後藤秀樹
俵 毅彦
眞田治樹

納富雅也
横尾 篤
谷山秀昭
野崎謙悟

倉持栄一
田辺孝純
Roh, Young-Geun

新家昭彦
⻆倉久史

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

特別研究員納富雅也

昭和 63 年東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻修士課程修了。同年日本電信電話（株）入社、光エレクトロニクス研究所勤務。平成 7 年から 8 年リンシェピング大学（スウェーデン）客員研究員。平成 11 年より物性科学基礎研究所。現在同所量子光物性研究部フォトニックナノ構造研
究グループリーダ。入社以来一貫して人工ナノ構造による物質の光学物性制御及びデバイス応用の研究を行う。半導体量子細線、半導体量子箱の研究を経て、現在フォトニック結晶の研究に従事。平成 13 年より 21 年まで東京工業大学連携客員講座准教授。工学博士（東京大学）。2006/2007
IEEE/LEOS Distinguished Lecturer Award 受賞。平成 20 年度日本学術振興会賞受賞。平成 20 年度日本学士院学術奨励賞受賞。平成 22 年より文部科
学省国立大学法人評価委員。日本応用物理学会、IEEE、APS、OSA 会員。

藤原聡

平成元年東京大学工学部物理工学科卒業。平成 6 年同大学院工学系研
究科物理工学専攻博士課程修了。同年日本電信電話（株）に入社、LSI 研究所勤務。平成 8 年に基礎研究所、平成 11 年より物性科学基礎研究所。
入社以来、シリコンナノ構造の物性制御とそのデバイス応用、単電子デバイスの研究に従事。現在、物性科学基礎研究所量子電子物性研究部
ナノデバイス研究グループリーダ。平成 15~16 年米国 National Institute ofStandards and Technology (NIST, Gaithersburg) 客員研究員。平成 10 年に国際固体素子･材料コンファレンス SSDM'98 Young Researcher Award、平成
11 年に SSDM'99 Paper Award 受賞。平成 15 年および平成 18 年に日本応用物理学会 JJAP 論文賞受賞。平成 18 年文部科学大臣表彰若手科学者賞受賞。日本応用物理学会、IEEE 会員。

村木康二

平成元年東京大学工学部物理工学科卒業。平成 6 年同大学院工学系研
究科物理工学専攻博士課程修了。同年日本電信電話（株）に入社、基礎研究所勤務。平成 11 年より物性科学基礎研究所。入社以来、高移動度半導体へテロ構造の結晶成長とその量子電子物性の研究に従事。現在、
NTT 物性科学基礎研究所量子電子物性研究部量子固体物性研究グループリーダ。平成 13~14 年ドイツマックスプランク研究所（シュトゥトガルト）客員研究員。日本物理学会、日本応用物理学会会員。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )アドバイザリボード（2009 年度）
Name

Affiliation

Prof. Gerhard Abstreiter

Walter Schottky Institute, Germany

Prof. Boris L. Altshuler

Department of Physics, Columbia University, U.S.A.

Prof. Serge Haroche

Département de Physique,
De l'Ecole Normale Supérieure, France

Prof. Mats Jonson

Department of Physics, Göteborg University, Sweden

Prof. Anthony J. Leggett

Department of Physics,
University of Illinois at Urbana-Champaign, U.S.A.

Prof. Johan E. Mooij

Kavli Institute of Nanoscience,
Delft University of Technology, the Netherlands

Prof. John F. Ryan

Clarendon Laboratory, University of Oxford, U.K.

Prof. Klaus von Klitzing

Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Germany

Prof. Theodor W. Hänsch

Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Germany

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

招聘教授／客員研究員（2009 年度）



氏名

所属
期間

Prof. Alexander Tzalenchuk

National Physical Laboratory, U.K.
Apr. 2009 – May 2009

Dr. Stefan Folsch

Paul-Drud-Institute, Germany
Oct. 2009 – Nov. 2009

Prof. Christos Flytzanis

Laboratoir Pierre Aigrain
Ecole Normale Supérieure, France
Sep. 2009 – Dec. 2009古賀貴亮

北海道大学大学院
情報科学研究科 准教授
Jan. 2007 – Dec. 2009

羽柴秀臣

日本大学 量子科学研究所
Jul. 2008 – Mar. 2010

助教

Dr. Lars Tiemann

科学技術振興機構 (JST)Apr. 2009 – Mar. 2010

宇都宮

聖子

情報・システム研究機構
国立情報学研究所
May 2009 – Mar. 2010

知崎陽一

産業技術総合研究所（産総研）
Feb. 2010 – Mar. 2010

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

海外研修生（2009 年度）
氏名

所属

期間

Christoph Hufnagel

University of Heidelberg, Germany

Jun. 2006 – Jun. 2009

Stefano Salvatore

Technical University, Milan, Italy

Jan. 2009 – Aug. 2009

Maarten Nijland

University of Twente, the Netherlands

Jan. 2009 – Apr. 2009

Corentin Durand

University of Lille/ ISEN, France

Feb. 2009 – Jul. 2009

Pauline Renoux

INSA (Institut National des SciencesFeb. 2009 – Aug. 2009

Appliquées deToulouse), France
Laurent-Daniel Haret

Institut d’Optique Graduate School, France

Mar. 2009 – Aug. 2009

Jelena Baranovic

University of Oxford, U.K.

May 2009 – Jun. 2009

Chia-Yuan Chang

National Chiao-Tung University, Taiwan

May 2009 – Feb. 2010

Chien-Yao Lu

University of Illinois at Urbana-Champaign, U.S.A.

May 2009 – Aug. 2009

Paul-Christiaan Spruijtenburg University of Twente, Enschede, the Netherlands

May 2009 – Oct. 2009

Man-Hong Yung

University of Illinois at Urbana-Champaign, U.S.A.

Jun. 2009 – Jul. 2009

Paul Nation

Dartmouth College, Hanover, New Hampshire U.S.A.

Jun. 2009 – Aug. 2009

Timothee Martiel

ESPCI (Ecole Supérieure de PhysiqueJul. 2009 – Dec. 2009et de Chimie Industrielle), France
Emmanuel Flurin

ESPCI (Ecole Supérieure de PhysiqueJul. 2009 – Dec. 2009et de Chimie Industrielle), France
Myrtille Hunault

ESPCI (Ecole Supérieure de PhysiqueJul. 2009 – Dec. 2009et de Chimie Industrielle), France
Stefano Pugnetti

Scuola Normale Superiore-Pisa, Italy

Aug. 2009 – Sep. 2009

Oliver Pirquet

University of Victoria, Canada

Sep. 2009 –Arianna McAllister

University of Ottawa, Canada

Sep. 2009 –Jessica Sparks

University of Waterloo, Canada

Sep. 2009 –Fabio Massimo Zennaro

Politecnico di Milano, Italy

Jan. 2010 –Gary Wolfowicz

ENS (Ecole Normale Supérieure de Cachan), France

Jan. 2010 –David Framil Carpeno

Complutense Univeristy of Madrid, Spain

Jan. 2010 –Jan Fiala

Czech Techinical University in Prague, Czech Republic

Jan. 2010 –NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )



氏名

所属

期間

Juan Manuel Agudo Carrizo UPV (Polytechnic University of Valencia), Spain

Jan. 2010 –Romain Duval

Feb. 2010 –INSA (Institut National des Sciences
Appliquées deToulouse), France

10

Raymond DavisRoyal Holloway, University of London, U.K.

Feb. 2010 – Mar. 2010

Aimée Broughton

University of Oxford, U.K.

Feb. 2010 – Mar. 2010

Laura Spencer

University of Oxford, U.K.

Feb. 2010 – Mar. 2010

Kylie Ellis

The University of Adelaide, Australia

Mar. 2010 –Yuichiro Matsuzaki

University of Oxford, U.K.

Mar. 2010 –NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

国内実習生（2009 年度）
氏名

所属

期間

酒井

裕司

東京理科大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

山谷憲司

東京理科大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

若原弘行

慶應義塾大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

和田章良

東北大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

森田康平

九州大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

宮本聡

慶応義塾大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

山田

都照

慶応義塾大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

北嶋典仁

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

小田康彦

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

渡邉敬之

東北大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

小林嵩

東北大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

岡崎雄馬

東北大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

楠戸

健一郎

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

桝本尚之

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

鎌田

大

東京工業大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

長瀬友宏

東京工業大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

高橋駿

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

木山治樹

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

井上敦文

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

金井康

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

高倉樹

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

高田

真太郎

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

藤田高史

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

近藤裕祐

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

米田淳

東京大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

鯉渕良太

東京理科大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

11

氏名

12

所属

期間

森下

弘樹

慶応義塾大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

森川祐

筑波大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

髙橋

弘史

東京工業大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

宮脇哲也

東北大学大学院

H21.4.1 ～ H22.3.31

大岩

顕

東京大学大学院

講師

H21.4.1 ～ H22.3.31

山本倫久

東京大学大学院

助手

H21.4.1 ～ H22.3.31

Monica Crasiun

東京大学大学院

ポスドク

H21.4.1 ～ H21.10.31

Saverio Russo

東京大学大学院

ポスドク

H21.4.1 ～ H21.10.31

Russell Deacon

東京大学大学院

ポスドク

H21.4.1 ～ H22.3.31

Allison Giles Daniel

東京大学大学院

ポスドク

H21.4.1 ～ H22.3.31

Bäuerle Christopher

東京大学大学院

ポスドク

H21.4.1 ～ H21.6.27

関大阪大学大学院

H21.5.18 ～ H22.2.17

忠聖

原田

大雅

慶応義塾大学大学院

H21.8.3 ～ H21.8.28

山神

圭太郎

長岡技術科学大学

H21.10.5 ～ H22.2.19

立石基

長岡技術科学大学

H21.10.5 ～ H22.2.26

塩谷広樹

東京大学大学院

H22.1.12 ～ H22.3.31

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )Ⅰ．研究紹介

各研究部の研究概要
機能物質科学研究部
牧本俊樹
機能物質科学研究部（物質部）では、原子・分子レベルでの物質制御・配列制御に基づく新物質の創製・新機能デバイスの構築および生体機能を利用した革新的デバ
イスの提案を中心に、情報通信技術に大きな変革を与えることを目指して研究を進めています。
この目標に向かって、3 つの研究グループが、広範囲な物質材料を対象とした研究を進めています。その範囲は、窒化物半導体、ダイヤモンド、グラフェン、超伝導などの高性能薄膜材料から、Au ナノロッドなどのナノ材料、さらには、受容体タン
パク質などの生体分子に至り、独自の物質創製技術や制御技術、精密測定技術を基に最先端の研究を行っています。
また、国内外の数多くの大学との共同研究を推進しており、特に、ナノバイオでは、
2004 年 10 月よりオックスフォード大学との共同研究を積極的に進めています。

量子電子物性研究部
山口浩司
量子電子物性研究部（物性部）は、21 世紀の情報通信技術に大きな変革をもたらす
半導体や超伝導体を用いた固体デバイスの研究を推進しています。特に、高い技術力を誇る薄膜結晶の成長技術やナノメータースケールの微細加工技術を武器に、これらの材料を用いて作製したナノデバイスの研究に力を入れています。
物性部の 5 つのグループで進めている研究は、単一電子の正確でダイナミックな制
御、低消費電力を実現するナノデバイス、ナノスケール構造体の力学的特性を用いたナノメカニクス素子、半導体や超伝導体のコヒーレント制御、半導体ナノ・ヘテ
ロ構造におけるキャリア相関、アトムチップによる原子操作、電子スピンや核スピンの操作を目指したスピントロニクス、などです。これらの研究を支える最先端のナノリソグラフィ、高品質結晶成長や第一原理計算をはじめとした理論研究についても活発に研究を進めています。

量子光物性研究部
都倉康弘
量子光物性研究部（量光部）は光通信技術や光情報処理技術に大きなブレークス
ルーをもたらす革新的基盤技術の提案、ならびに、量子光学・光物性分野における学術的貢献を目指して研究を進めています。
量光部のグループでは、ナノ構造における半導体光物性研究をベースにして、極微弱な光の量子状態制御、高強度極短パルス光による新物性探索、2 次元フォトニッ
ク結晶による超小型集積光回路などの研究が行われています。
この 1 年で、2 つのシリコン細線導波路からの量子もつれ光子対の量子干渉、横方向成長の半導体ナノワイヤ、およびフォトニック結晶ナノ共振器によるサブフェム
トジュールの制御エネルギーで動作する光スイッチなどで進展がみられました。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )13

NO2 吸着による水素終端ダイヤモンド FET の高周波化
Michal Kubovic 嘉数誠
機能物質科学研究部
ダイヤモンドは最高の絶縁破壊電界、熱伝導率と高いキャリア速度を兼ね備えた半導体であり、そのデバイス基盤技術ができれば，究極の高周波電力デバイスが実現する。我々は、これまで水素終端ダイヤモンドFETで世界最高の遮断周波数 (fT:45 GHz, fmax:120 GHz)、高周
波電力密度（1 GHzで2.1 W/mm）を報告してきた[1]。しかしダイヤモンドFETで用いている水素終端というp 型ドーピング法の機構が明らかでなく、制御もできていなかった。
我々は、大気中にも存在するNO2 が水素終端表面での正孔生成に決定的な要因であることを見出し、その p 型ドーピング機構を実験的に解明した。さらに図 1に示すように、人工的に–2用意した濃度 300 ppmのNO2を吸着させたところ、従来より約 1 桁高い2.3×1014 cm の2 次元
正孔濃度を得ることができた[2-4]。次に、本技術を用いて高周波トランジスタを作製したところ、正孔濃度が増加しソース抵抗が低減したことにより、大気中の従来のFETに比べ 1.8 倍のドレイン電流［図 2(a)］、1.5 倍の電力利得遮断周波数 (fmaxU)を得ることができた。これによりダイヤ
モンドFETを実用化に一歩近づけることができた。
なお、この研究の一部は総務省 SCOPE「ダイヤモンド高周波電力デバイス」プロジェクトの委託で行われた。
[1] M. Kasu, K. Ueda, Y. Yamauchi et al.,Diamond Relat. Mater. 16 (2007) 1010.
[2] M. Kubovic and M. Kasu, Appl. Phys.
Express 2 (2009) 086502.
[3] M. Kubovic, M. Kasu, and H. Kageshima,Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 052101.
[4] M. Kubovic, M. Kasu, H. Kageshima, andF. Maeda, Diamond Relat. Mater. (in press).
図1

14

NO2 吸着、解離による正孔濃度の変化。

(a)

(b)

図2

NO2 吸着前後の水素終端ダイヤモンドの (a)ドレイン電流電圧特性，(b) ユニラテラル電力利得の周波数依存性。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

単結晶 AlN (0001) /ダイヤモンド (111) ヘテロ構造
平間一行 谷保芳孝 嘉数誠
機能物質科学研究部
窒化アルミニウム (AlN) のバンドギャップ (6 eV) はダイヤモンド (5.5 eV) よりも広く、さらにダイ
ヤモンドで困難な n 型ドーピングが容易である。一方、ダイヤモンドは窒化物半導体で困難な p型ドーピングが容易である。両者の特徴を組み合わせることで、それぞれ単独では実現困難な高効率の遠紫外発光素子や高周波高出力FETなどの新規デバイスが期待できる。この新規デバイスの作製には、ダイヤモンド基板上での単結晶 AlN 成長が不可欠である。ダイヤモンド（立方晶）とAlN（六方晶）は結晶構造が異なるため、ダイヤモンド (001) 基板上に成長した
AlNには回転ドメインなどの複数のドメイン構造が形成され [1]、これまで単結晶 AlN 成長は実現していなかった。
そこで我々は、六方晶 AlN (0001) 面と原子結合構造が類似のダイヤモンド(111) 面上に―
AlNを成長した。図 1にダイヤモンド (111) 基板上に成長したAlNの (0002) 面および (1011)
面のX 線極点図を示す。AlN (0002) 面の極点図ではc 軸配向を示すピークのみが観測され――た。AlN (1011) の極点図では、そのc 軸配向した六方晶 AlNの6つの等価な (1011) 面からのピークのみが観測された。これより、ダイヤモンド (111) 面を利用することによりダイヤモンド基
板上での単結晶 AlN 成長に初めて成功した[2]。
単結晶 AlN (0001) /ダイヤモンド (111) ヘテロ界面構造の断面 TEM 観察より、成長初期か
らAlN [0001] 方位がダイヤモンド [111] 方位に配向した単結晶 AlN が成長しており、また界面は非常に急峻であることがわかった（図 2）。このヘテロ界面ではC-N 結合 (3.1 eV/bond) と
C-Al 結合 (2.6 eV/bond) の2つ結合が考えられるが、結合エネルギーの高いC-N 結合が形成するため、AlN 薄膜はAl 極性になる。
――
AlN (0001) /ダイヤモンド (111) ヘテロ構造の面内配向関係は [1010] AlN || [110] ダイヤモン――ドであったが、この格子不整合 (–28.8 %) は、[1120] AlN || [110]ダイヤモンドの場合の格子–2
不整合 (23.4 %)よりも大きい。それぞれの配向関係における結合密度は2.7×1014 cm 、2.2×――–21014 cm であり、[1010] AlN || [110] ダイヤモンドの方が結合密度が高いため、界面エネルギー――は低くなる。
これより、
面内配向関係 [1010] AlN || [110] ダイヤモンドのヘテロ界面が形成される。
[1] K. Hirama, Y. Taniyasu, and M. Kasu, Jpn. J. Appl. Phys. 49 (2010) 04DH01.
[2] Y. Taniyasu and M. Kasu, J. Cryst. Growth 311 (2009) 2825.

(a)

(b)

図1

ダイヤモンド基板上に成長したAlN 薄膜のX 線極点図–(a) AlN (0002) 面，(b) AlN (1011) 面。

図2

単結晶 AlN/ダイヤモンド界面の断面 TEM 像。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )15

MOVPE 選択成長で作製したステップフリー GaN 薄膜
赤坂哲也 小林康之 嘉数誠
機能物質科学研究部
GaNをはじめとする窒化物半導体では、成長機構の解明、界面揺らぎのないヘテロ構造の作製、および、サブバンド素子への応用の見地から、原子レベルで平坦な表面やヘテロ界面の実現が望まれる。しかしながら、従来は螺旋・混合転位に起因するスパイラル成長のため、窒化物半導体の表面は高密度のモノレーヤステップで構成されていた。本研究では、低転位密度のGaN 基板を用い、さらに、成長条件を最適化することにより、1 分子層の段差もない単一のテラスで構成された完全平坦面（ステップフリー面）を有するGaN 薄膜を得ることに成功した[1]。
–2
転位密度が106 cm 以下である単結晶 GaN (0001) 基板の表面にSiO2 マスクを形成した
後、フォトリソグラフィにより１辺が 8 µm（直径 16 µm）の正六角形の開口部を開けた。これを基板としてGaN 薄膜の有機金属気相エピタキシ (MOVPE) による選択成長 (SA-MOVPE) を行った。原料ガスは、アンモニアおよびトリメチルガリウム (TMG) である。
TMG 流量 26 µmol/min、基板温度 940oCで選択成長したGaN 薄膜の表面のAFM 像を
図 1に示す。周辺部に数層のモノレーヤステップが見られるが、GaN 表面は単一のテラスでほぼ覆われている。一方、同一の成長条件で、（選択成長ではなく）通常成長したGaN 表面は、ステップ間隔が 0.1 µm 程度の高密度のモノレーヤステップから構成されていた（図 2）。さらに、選択成長した場合でも、成長条件がずれていると、GaN 表面には数 10 本のモノレーヤステッ
プが存在した。
このように、GaN 基板の転位密度、成長領域制限（選択成長）、および、成長条件という3つの条件を整えることにより、GaNにおいても大きさ16 µm 程度のステップフリー面を作製することが可能になった。
[1] T. Akasaka, Y. Kobayashi, and M. Kasu, Appl. Phys. Express 2 (2009) 091002.

図1

16

SA-MOVPEにより得られたステップ
フリー GaN 表面のAFM 像。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図2

成長領域を制限しない通常のMOVPEにより得られたGaN 表面のAFM 像。

MBE 薄膜の精密アニールによる母物質超伝導体 RE 2CuO4 の合成
山本秀樹 松本理＊ 山神圭太郎 内藤方夫＊
機能物質科学研究部 ＊東京農工大学
銅酸化物超伝導体の母物質は例外なくモット絶縁体で、高温超伝導の発現にはこのモット
絶縁体への電子 / 正孔ドーピングが必須であると考えられてきた。これに対し、我々は、平面 4
配位のCuO2 面を持つ電子ドープ超伝導体 T’-RE2-xCexCuO4（RE : 3 価の希土類イオン、Ce :4 価のドーパント）では、合成条件を最適化することにより、x = 0の母物質でも超伝導が発現し、その Tc (~30 K)は、電子ドープした場合 (x > 0)よりも高いことを報告してきている[1]。T’ 構造
母物質における30 K 級超伝導は、Metal Organic Decomposition (MOD) 薄膜で得られたものである[1]。これは4 配位 CuO2 面を持つ銅酸化物での超伝導発現に必須である「CuO2 面の酸素を保ったままinterstitialな不純物酸素を除去する」という相反する要請が、グレインサイズの小さいMOD 薄膜で比較的容易に実現されるためであると考えられるが [2]、それ故に、他の手法による追試が難航していた。そこで、母物質超伝導体試料作製プロセスに対する理解を深め、他手法による追試を容易にすることを目的として、SrTiO3 (001) 基板上にMBE 成長したT’-RE2CuO4 (RE = Pr, Nd) 薄膜に対し、精密ポストアニールによる不純物酸素除去処理条件の検討を行った。
図 1に、成膜・ポストアニールの手順と関係するパラメータを示す。母物質の超伝導化には、MOD 薄膜の場合と同様、2 段階の還元プロセス（不純物酸素除去プロセス）が必要であった。図 1中の還元アニール時間をta = 1h、tred = 10 minと固定し、アニール時の酸素分圧、温度を系統的に変化させたところ、図 2のようにMBE 成長した RE2CuO4 (RE = Pr, Nd) 薄膜においても超伝導が観測された[3]。
本研究を通して得られた知見を、母物質超伝導体のバルク試料合成や全 UHVプロセスによる薄膜超伝導試料作製に活用することにより、酸素量の定量や光電子分光による電子状態の直接観測が可能となり、高温超伝導機構解明のベースとなる真の電子相図の確立へ繋がると期待される。
[1] O. Matsumoto et al., Phys. Rev. B 79 (2009) 100508; Physica C 469 (2009) 924.
[2] O. Matsumoto, A. Tsukada, H. Yamamoto, T. Manabe, and M. Naito, Physica C (in press).
[3] H. Yamamoto, A. Tsukada, O. Matsumoto, and M. Naito, Physica C (in press).

図1

RE2CuO4 MBE 薄膜の成膜・還元手順とパラメータ。

図2

Nd2CuO4、Pr2CuO4 MBE 薄膜のρ -T 特性。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )17

ガスソース MBE 法によるグラフェン成長
前田文彦 日比野浩樹
機能物質科学研究部
グラフェンは、室温において最も高い移動度を示すなど、次世代エレクトロニクス材料の有力な候補となる高いポテンシャルが次々と示されてきている。しかし、その実用化には大規模集積化に適した大面積・高品質な薄膜形成が大きな課題となっており、ウエハサイズのグラフェン薄膜を形成する研究が精力的に進められている。そこで、新たなグラフェン形成法として分子線エピタキシャル (MBE) 法に基づく成長法を提案した。この成長法は、既存のSiCの熱分解法[1]や触媒能を持つ金属を用いた化学気相成長法 [2]とは異なり、特定の基板に制約されないという特長を持つとともに、ドーピングやヘテロ成長への展開も見込まれる。今回、ホモエピタキシャ
ル成長を試み、この成長法について原理確認を行った。[3]実験では、6H-SiC (0001) を超高真空中で高温に加熱することによって約 3 層のグラフェンを形成した基板を620oCに加熱して、2000oCに加熱したタングステンフィラメントを用いて解離させたアルコールを成長材料として供給し、グラフェンの成長を試みた。その結果、成長後のその場 X 線光電子分光 (XPS) によって、グラファイト状の物質が約 4 原子層堆積できたことが判った。さらに、図 1に示す成長後の透過電子顕微鏡像では、6~7 層の層状の構造が認められ、XPSで見積もった膜厚とほぼ等しい層数分が増加していることが判った。さらに成長前後のRaman 分光法スペクトルを測定したところ、図 2に示すとおり、グラフェン膜厚の増加に対応する2D バンド形状の変化とG バンド強度の増加が認められた。一方、欠陥の存在を示すD バン
ドピークの著しい増大も観測された。この欠陥は、エッジの存在に起因するもので単結晶領域が小さいことを示すものと推測される。以上の結果は、結晶性改善という課題は残るものの、数原子層のグラフェンを成長できたことを示すもので、本成長法で原理的にはグラフェンの成長が可能であることを示すことができた。
[1] A. J. van Bommel, J. E. Crombeen, and A. van Tooren, Surf. Science 48 (1975) 463.
[2] L. C. Isett and J. M. Blakely, Surf. Science 58 (1976) 397.
[3] F. Maeda and H. Hibino, Phys. Status Solidi B 247 (2010) 916.

図1

18

MBE 成長後の透過電子顕微鏡像。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図2(a) MBE 成長後と (b) 参考のため示した
3 層の熱分解グラフェンのRamanスペクトル。

Si 熱酸化における反応界面の安定－不安定転移
尾身博雄
機能物質科学研究部

影島愽之＊＊
量子電子物性研究部

SiO2 /Si (001) 界面はシリコンおよびシリコン関連のナノテクノロジおいて最も重要な界面の1つである。したがって、その重要性のゆえに酸化により引き起こされるシリコン表面および酸化膜
界面でのラフネスのメカニズムを解明するために多くの研究がなされてきている[1, 2]。この研究
では、アルゴン酸素ガス雰囲気中で高温熱酸化した酸化膜とシリコン基板との界面の形態を
酸化温度、酸化時間、基板のミスカッ
トを関数として、原子間力顕微鏡 (AFM) と放射光 X 線
反射率測定 (XRR) により系統的に調べた[3]。熱酸化後エッチングにより熱酸化膜を除去した
Si (100) 基板をAFM 観察した結果から、熱酸化温度が 1150oC 以下で界面ラフネスは顕著に変化しないこと［図 1の領域 (I)：安定化領域］、1150-1250oCでステップテラス構造が界面に形成することによりラフネス (RMS) が急激に増加すること［図 1の領域 (II)：不安定化領域］、oo
酸化温度が1250 C 以上では基板のミスカッ
ト (< 4 ) に依存せず平坦化する［図 1の領域 (III)：
安定化領域］ことが分かった。この酸化温度に依存した反応界面の安定化－不安定化転移の現象は熱酸化膜の粘性温度に密接に関連している。すなわち、熱酸化膜全体の歪み量、界面領域の歪み量により界面のラフネスが変化することを示唆している。XRRによる非破壊測定の結果はこの温度に依存性した界面形態の不安定化－安定化転移が酸化膜内の歪みの緩和機構に依存していることを支持している。確かに、図 2に見られるようにXRRで求めたラフネスは、AFMで得られた結果と同様に酸化温度 1150oCから1250oCまで急激に増加し［図 2の領域 (II)］、1250oCで最大となり、その後徐々に減少する［図 2の領域 (III)］。さらに、XRR
測定では酸化膜の表面、酸化膜と中間層の界面のラフネスの酸化膜依存性を同時に求めることができ、その結果はシリコンとシリコン酸化膜の界面のラフネスが酸化膜内での歪み解放の機
構に支配されていることを示している。
[1] Fundamental Aspects of Silicon Oxidation, edited by Y. J. Chabal (Springer, 2001).
[2] H. Omi, H. Kageshima, and M. Uematsu, Phys. Rev. Lett. 97 (2006) 01602.
[3] H. Omi, H. Kageshima, T. Kawamura, M. Uematsu, Y.Kobayashi, S. Fujikawa, Y. Tsusaka,
Y. Kagoshima, and J. Matsui, Phys. Rev. B. 79 (2009) 245319.

図1

RMS vs 熱酸化温度。

図2

XRR 測定により得られた表面、界面ラフネス。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )19

エピタキシャルグラフェンの積層ドメイン
日比野浩樹 1 水野清義 2 影島博之 31
機能物質科学研究部 2 九州大学 3 量子電子物性研究部
数層グラフェン (FLG) が、その優れた電気伝導特性から、次世代エレクトロニクス材料として注目を集めている。SiCの熱分解により形成するエピタキシャルFLGは、容易にスケールアップが可能で、デバイス集積の観点で有望である。我々は、これまでに、低エネルギー電子顕
微鏡 (LEEM) により、エピタキシャルFLGの層数をミクロに決定する技術を確立し[1]、数 µm
サイズで層数の均一な2 層グラフェンの成長に成功してきた。今回は、暗視野 LEEM 法を用いて明らかになった、2 層グラフェンに現われるドメイン構造を報告する[2]。
図 1に、4H-SiC (0001) 基板上に成長した主に2 層のグラフェンのLEEM 像を示す。2 層グラフェンは、(0,0) 鏡面反射ビームを用いた明視野 LEEM 像［図 1(a)］では、均一に見えるものの、グラフェンの (1,0) および (0,1) 回折ビームを用いた暗視野 LEEM 像［図 1(b)、(c)］には、2 種類のドメインが観察される。それらのコントラストは、(1,0) と (0,1) 暗視野 LEEM 像において反転しており、2 層グラフェンが 3 回対称な2 種類のドメインを含んでいることがわかる。1 層グラ
フェンは6 回対称で、単位胞中に2 個の炭素原子（AとB）を含む。一方、2 層グラフェンは、
図 2の模式図で示すように3 回対称で、A 原子の真上へ B’ 原子が積層するAB 積層と、B 原子の真上へ A’ 原子が積層するBA 積層（AC 積層と呼ぶことが多い）の2 種類の積層構造を取りうる。従って、実験で観察された2 種類のドメインは、ABおよび AC 積層に対応することが推察される。そこで、連続的に電子線のエネルギーを変化させながら取得した暗視野 LEEM像から、2 種類のドメインの暗視野 LEEM 像強度のエネルギー依存性を測定し、バルクグラファ
イトに対して計算した (1,0) および、(0,1) の低エネルギー電子回折強度のエネルギー依存性と比較した。両者は良い一致を示し、2 層グラフェンが積層ドメインを含むことが明らかとなった。
積層ドメイン構造は、FLG中のキャリアの伝導特性に影響を及ぼすことが考えられ、今後、その形成メカニズムの解明と単一ドメイン化に取り組む。
本研究は科研費の援助を受けて行われた。
[1] H. Hibino et al., Phys. Rev. B 77 (2008) 075413.
[2] H. Hibino et al., Phys. Rev. B 80 (2009) 085406.

図1

20

エピタキシャルFLGの(a) 明 視 野 LEEM 像、(b)と(c) 暗視野 LEEM 像。(a)中の①から③は層数。電子線のエネルギーは、(a) 約 5 eV、(b)と(c) 約 58 eV。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図2

2 層グラフェンの積層構造。

ダイヤモンドからのカーボンナノチューブ合成
高木大輔 小林慶裕 *機能物質科学研究部 * 大阪大学
単層カーボンナノチューブ (CNT) を、同じ炭素の同素体であるダイヤモンドを触媒として合成することに世界で初めて成功した。CNTは、軽量、高強度、電・熱伝導性の良さといった特長から、次世代の産業基盤を担う素材として期待されている。これまで、単層 CNTの効率的な合成には、鉄やレアメタルであるコバルト、ニッケル、また、貴金属である金、銀、プラチナなどが触媒として用いられてきた。しかしながら、これらの金属触媒粒子には、単層 CNT 成長温度において、高密度化させると凝集・融合し失活する、基板と反応して失活する、液体の状態になるため単層 CNTの構造制御（カイラリティ制御）が困難という問題がある。このため、
金属触媒粒子を用いたCNT 合成においては、高密度成長、カイラリティ制御に関する有用な指針が立てられていない。ダイヤモンドを触媒としたCNT 合成は、凝集・融合や粒子の液化の問題とは無縁で、制御性の高いCNT 合成法の確立に繋がると期待される。
今回の研究において、化学気相成長 (CVD) 法でダイヤモンドを成長核としてCNT 合成を行うためには、(1) 5 nm 以下の直径を持つダイヤモンドを使用する[1]、(2) 表面に形成されている
グラファイトを取り除き、清浄化する、(3) 炭素源としてエタノール蒸気やアセチレンなどの熱分解が起こりやすいガスを用いるという3つの条件が不可欠であることを見出した[2]。図 1(a)-(b)に示された透過電子顕微鏡像と、図 1(c)に示された図 1(b)のフーリエ変換像から、単層 CNT
がダイヤモンドから合成されたことが確認できる。図 1(d)の走査電子顕微鏡像は、凝集状態にあるナノダイヤモンド粒子からもCNT が合成可能なことを示しており、ナノダイヤモンド粒子がCVD 雰囲気中において、固相を保っており、粒子同士が融合しないことを意味する。このことは、
ダイヤモンドからのCNT 成長では、金属粒子で一般的な炭素原子がバルク拡散を介して供給されるCNT 成長機構とは異なり、炭素原子の固体粒子上の表面拡散が支配的な役割を果たしていることを示唆している。
ダイヤモンド粒子は低コストで合成でき、CNT 成長に対する活性が金属と同様に高い。加えて、上記のような、金属が有しえない性質を持つため、将来的に金属の代替という役割だけでなく、ダイヤモンドの特徴を用いた単層 CNTの精細な構造制御が行える可能性がある。
[1] E. Ōsawa, Diamond. Relat. Mater. 16 (2007) 2018.
[2] D. Takagi et al., J. Am. Chem. Soc. 131 (2009) 6922.

図1

ナノダイヤモンド粒子を用いたCNT 合成。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )21

神経活動とマグネシウム
鳥光慶一
機能物質科学研究部
生体機能において、マグネシウムはカルシウム同様重要な役割を担っている。マグネシウムの作用を理解することは、神経活動の制御において極めて有益であると考える。中枢神経系の神経活動においては、興奮性の神経伝達物質であるグルタミン酸のNMDA 受容体に対する抑制作用などが広く知られているが、神経機能との関連性を示す研究は未だ多くないのが現状である[1]。本研究では、ラット大脳皮質および海馬の初代培養神経細胞に対する低濃度
マグネシウムの影響を、フローサイトメーターを用いた光学的電位測定及び、共焦点レーザ顕微鏡を用いた細胞内カルシウム測定により検討した。
図 1に大脳皮質細胞の膜電位に対するマグネシウム濃度依存性を示す。膜電位計測には、脱分極により蛍光強度が増加するオキソノール系の蛍光色素 DiBAC4(3)を用いた。通常のマグネシウム濃度である 2 mMから、濃度の低下とともに膜電位は増加し、脱分極状態になることが明らかとなった[2, 3]。また、細胞内カルシウム濃度測定により細胞の発達とマグネシウムの関連性について調べたところ、培養開始後 12日目でマグネシウム濃度に対する応答がピークを迎え、それ以降は徐々に減少すること、そして0.7 mM 前後を境に反応が大きく変わるものの、
0.5 – 0 mMの低濃度領域では培養日数に依らず応答が観測されること等が明らかになった（図 2）[2, 3]。
同様の傾向は海馬神経細胞でも観測されるものの、マグネシウム濃度に対する応答のピークが異なるなど、部位（大脳皮質と海馬等）によるマグネシウム作用の違いが認められた[3]。発達過程での応答性の違いを考慮すると、受容体等の分布が異なることなどが示唆される。今後さらに、細胞内マグネシウム濃度の測定を進め、神経活動と細胞内マグネシウム濃度の関連性について研究を進めていく予定である。
[1] K. Torimitsu, N. Kasai, and Y. Furukawa, Clin. Calcium 14 (2004) 26.
[2] 古川、鳥光、マグネシウム27 (2008) 75.
[3] Y. Furukawa, N. Kasai, and K. Torimitsu, Magnes. Res. 22 (2009) 174S.

図1

22

大脳皮質細胞の膜電位に対するマグネシウム濃度依存性。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図2

細胞内カルシウム濃度測定による発達とマグネシウム濃度相関（大脳皮質細胞）。

巨大脂質膜リポソームを用いたナノバイオデバイス構築
住友弘二

Arianna McAlliste 丹波之宏 * 篠崎陽一
機能物質科学研究部 * 鈴鹿高専

鳥光慶一

膜タンパク質の機能を利用したナノバイオデバイスの構築を目標として、膜タンパク質の機能発現の場を、ナノ加工を施したシリコン基板上に構築することを目指している[1]。その作製において、直径が数 10ミクロンの巨大脂質膜リポソーム (GUV: Giant Unilamellar Vesicle) を用いることとした。
GUVは、そのサイズからも単純化した細胞膜モデルとしてとらえられる。GUVの脂質膜にイオンチャンネル（グラミシジンA）を導入した場合の、イオン透過の様子を蛍光強度変化で捉えた例を示 す（ 図 1）
。GUV 内 部には、pHによって蛍 光 強 度 が 変 化 する蛍 光プローブ(pyranine)を内包している。GUV 外部の環境を変化させると（pHを変化させると）、脂質膜にあるイオンチャンネルを1 価の陽イオンが透過し、時間とともにGUV 内部のpH が変化していることを示している。
このようなGUVを、Si 基板上に形成したミクロンスケールの井戸の上で展開することにより、井戸内部に蛍光プローブを脂質二分子膜で閉じ込めた（図 2）。GUVを展開した後、井戸外部の溶液を置換することで、余分な蛍光プローブは除去してある。基板支持膜パッチの外周部ではシールされない井戸 (a)も見られるものの、それ以外では多くの部分で井戸がシールされ、内部に閉じ込められたプローブからの蛍光が観察されている(b)。井戸の開口部にオーバーハ
ング形状を設けることで、効率よく、また安定に脂質二分子膜で井戸をシールすることを可能にしている。井戸に閉じ込められたプローブからの蛍光は、1 時間以上の間変化することがなく、流出することなく安定に存在することが確認されている。薬液投入により、井戸外部の環境変化（pH 変化）により図 1に示すのと同じような、イオン透過に伴う蛍光イオン強度の変化を観測した。
井戸内外の間における水素イオンの濃度勾配は、イオンチャンネルを通したイオン透過を引き起こし、井戸内部のpH が変化する。シリコン基板上に、膜タンパク質の機能測定に有効な井戸が形成されていることを示している。
今後、微小電極を組み込むことにより、イオン透過を蛍光強度変化とイオン透過電流の両方で解析を行う。さらには、オン－オフを膜タンパク質で制御するようなデバイスの構築へと進めていく。
[1] Y. Shinozaki et al., Appl. Phys. Express 3 (2010) 027002.

図 1 巨大脂質膜リポソームにおけるイオンチャンネル機能計測（蛍光強度変化）。

図2

ミクロンスケールの井戸に蛍光プ
ローブを脂質二分子膜でシール。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )23

0.18 µm CMOS プロセスを用いた
ブレインマシンインターフェース用 LSI チップの研究
島田明佳 山口昌也* 中野誠彦* 鳥光慶一
機能物質科学研究部 *慶應義塾大学
近年、脳と機械の情報通信を目指すブレインマシンインターフェースの研究が、神経科学や医療分野で進んでいる。そのほとんどは片方向通信であるが、我々は多点電極 (MEA)を介した脳と機械の相互通信が可能なブレインマシンインターフェースの研究を進めている[1]。この相互通信の実現には、脳の情報処理メカニズムの解明とともに、脳に対する電気的刺激信号の印加と脳の神経細胞由来の電気的活動信号計測が可能なデバイスが必要となる。しかも生体への装着による生体のストレス軽減のため，こうしたデバイスは無線化および小型化が望まれる。今回は0.18 µm CMOSプロセスを用いて小型で可搬性の高い16 ch 刺激信号印加・活動計測システムを2.5 mm 角のLSIチップで実現した[2]。
本チップは、デジタル・アナログ回路を混載することにより、刺激信号印加・活動計測システ
ムのワンチップ化を行っている。チップ構成は、図 1のように刺激印加部 (Stimulation Block)、
計測部 (Measurement Block)、モード切替え部 (Mode Change Block)の3つに分かれている。
刺激印加部は最小時間幅 10 µs、4 bitの解像度の矩形波を組み合わせることにより、任意の刺激信号波形が生成できる。計測部では、16 ch 前置増幅器により増幅された電気的活動信号を、マルチプレクサ(MUX)により40 kS/sのサンプリングレートで1 chに時間多重できる。モー
ド切替え部では、刺激印加部のデータを元に生成された制御信号により、刺激印加と増幅の2つのモードを切り替えることができる。図 2は、MEA 上に分散培養されたラット大脳皮質由来の神経細胞に対してある電極を介して刺激信号を印加したときの応答を、別の電極によって計測した結果を示す。刺激信号印加後数十 ms 後に励起された神経細胞の電気的活動が計測できていることを示している。
今後はLSIチップに対する入出力の無線化を行い、より可搬性を高めたブレインマシンインター
フェースの実現を目指す。
[1] A. Shimada et al., SFN 2008, Washington, D.C. U.S.A. (Nov. 2008).
[2] M. Yamaguchi et al., Jpn. J. Appl. Phys. Accepted.

図124

16 ch 刺激信号印加・活動計測用 LSIチップの回路図。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図2

刺激信号印加により励起された神経細胞の電気的活動。

金フローティングゲートを共有した
シリコン細線イオン感応トランジスタ
西口克彦 山口徹 藤原聡
量子電子物性研究部
電界効果トランジスタ(FET)は高感度電荷計としての機能を有するため、イオン感応 FET(ISFET)と称され、その高速動作や高集積度といった特徴を生かしPHセンサ、バイオ･センサなどといった応用に利用されている。これまで我々はナノメートルオーダのシリコン細線をチャネルとするFETを作成し、室温での単一電子検出に成功している[1]。このFETを高感度 ISFETとして利用することで単一分子の検出などが期待できるが、通常は多数のノイズ環境下で利用されることから、そのノイズ対策が必要となる。今回は、ノイズ環境下での高精度な単一分子検出を目指し、ISFETを金フローティングゲートで容量結合した。フローティングゲートを共有する
ISFETで同時に発生する電流変化をモニタすることで、金に付着した物質に起因する信号を特定できることを確認した[2]。
素子はSOI 基板を用いて作製し、ベース基板をバックゲート電極とする4つのISFETで構成される（図 1）
。ISFETのSOIチャネルは非常に小さい（数十 nm）ため、単一電子検出が可能な感度を持つ。3 本のSOIチャネル上部にTi（厚さ: 5 nm）を挟んでAu (20 nm)を形成することにより、Auに付着した帯電物質をISFETの電流変化として検出する。今回は、Octadecane
Thiol (ODT)を分散させたテトラヒドロフラン(THF)をスポイトで素子表面に落とし、4つのISFET
電流 I1、I2、I3、I4をモニタした。THFを素子表面に落して完全に蒸発させたところ、ODTの濃度に応じて電流－バックゲート電圧特性がシフトした。負に帯電したODT が ISFETチャネル
上部に付着したためと考えられる。次に、THFが蒸発する間、一定のゲート電圧で電流をモニタしたところ、Auフローティングゲートがチャネルを覆っているI2, I3 および I4 では、同時に発生する電流変化（図 2の矢印部分）が観測され、I1 では確認されなかった。これは、帯電物質
が Auゲートに付着し、Auと容量結合した3つのISFETに対してのみ影響を与えたためと考えられる。チャネルが Auと容量結合していないI1と一緒に比較することで、バックグラウンド･ノイズに埋もれたAuゲート上の物質による信号を特定することが可能となる。一方、I1 は量子化された値で揺らいでおり、単一のODTを検出している可能性を示している。
[1] K. Nishiguchi, Jpn. J. Appl. Phys. 47 (2008) 8305.
[2] K. Nishiguchi, Appl. Phys. Lett. 94 (2009) 163106.

図1

金フローティングゲートを共有したISFETの構造(a) 電子顕微鏡写真。(b) 鳥瞰図。

図2

ODTを含むTHFを素子に落とした時、ISFETに流れる電流の変化。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )25

トンネル分光による薄層 SOI-MOSFET 内サブバンドの観測
登坂仁一郎

西口克彦 影島博之 小野行徳
量子電子物性研究部

藤原聡

電界効果トランジスタの微細化に伴い、古典的なトランジスタの動作原理は量子効果の顕在化により破綻しつつある。一方、量子効果を有効に利用し、従来のシリコンデバイスにはない機能を付加する試みが検討されて始めている[1, 2]。このため、最も基本となる量子効果の1つである閉じ込め効果をシリコンにおいて理解・検証していくことは重要である。今回、我々はシリコン酸化膜に閉じ込められた薄層 SOI (silicon-on-insulator) 内に形成された高次に及ぶサブバンドをトンネル分光により観測することに成功した[3]。
サブバンドの観測は、2 層ゲート構造を持つ 2 nmのトンネル酸化膜 (tOX)を有するSOIMOSFET（図 1）において行った。図 2にSOI 膜厚 25 nmおよび 10 nmのデバイスの下層ゲー
ト電流 (ILG) －下層ゲート電圧 (VLG) 特性を示す。VLG > 0において、dILG/dVLG に明瞭な構造は確認できないが、VLG < 0において、dILG/dVLG に細かいピーク構造が確認できる。SOIの膜厚の減少に伴いピーク間隔が増加しており、観測されたピーク構造は、閉じ込めによりSOI 内に形成されたサブバンドに起因していることを示している。より定量的にピーク構造の起源を探る
ため、薄層 SOI 内の固有状態の計算を行った［図 3(a)］。その結果、下層ゲートフェルミ面とSOIの4 重縮退谷の固有値が交わる下層ゲート電圧で実験のピーク位置が良く再現された［図 3(b)］。4 重縮退谷は2 重縮退谷に対し谷縮退度が高く、また面内運動有効質量が大きい
ため、より大きな状態密度を有する。また、トンネル電流はトンネル確率と終状態密度に比例するため、実験結果のピーク構造は、4 重縮退谷へのトンネルが際立って観測されたためと捉えることが可能である。これらの結果から薄層 SOI-MOSFETの固有状態が、ゲートを用いたトンネ
ル分光により観測可能であることを明らかにした。
[1] K. Uchida et al., J. Appl. Phys. 102 (2007) 074510.
[2] S. Saito et al., Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) 679.
[3] J. Noborisaka et al., Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 112102.

図126(a)デバイス構造図。
図 2 トンネル電流およびコンダクタン 図 3 (a) サブバンド計算結果。(b)トン(b) 透過電子顕微鏡像。
ス測定結果。(a) SOI = 25 nm。
ネル電流計算と実験の比較。
(b) SOI = 10 nm。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )ブロック共重合体の自己組織化を用いた 2 次元パターニング
山口徹 山口浩司
量子電子物性研究部
ブロック共重合体リソグラフィは、16 nm 技術ノード以降のパターニング手法として注目を浴びている。本技術をデバイス作製へと適用するためには、ブロック共重合体ミクロ相分離構造のドメイン界面の配向を精密に制御することにより、2 次元パターニングを実現することが最大の課題である。我々は、ネガ型レジストである水素化シルセスキオキサン(HSQ)を配向ガイドとして用いたグラフォエピタキシ手法により、ポリスチレン(PS)とポリメチルメタクリレート(PMMA)からなるブロック共重合体の垂直ラメラ構造の2 次元パターニングに成功した[1]。実現の鍵は、(1) 基板
表面の中性化と、(2) 電子線露光技術により精密に形成した2 次元の親水性配向ガイドパター
ンの導入、の2つである。それぞれラメラ相の垂直配向、および面内 2 次元配向を誘起するのに重要な役割を果たしている［図 1(a)］。
直角配向ガイドを用いることにより、4 周期分の垂直ラメラ相（16 nm ハーフピッチ）を強制的に直角に曲げることができる［図 1(b)］。注目すべきは、本構造がブロック共重合体のみの純粋な系で形成できていることであり、ブロック共重合体自身が持つドメイン形状・周期における高い
柔軟性により実現されている。六角形配向ガイドを用いることにより、同軸シリンダ相も形成することが可能である［図 1(c)］。特に、配向ガイドのピッチを変えることにより、PSとPMMAリングの層数を精密に制御できる。このような精密配向制御は、ブロック共重合体の自己組織化（ボトムアップ）と高精度電子線露光技術により形成された配向ガイド（トップダウン）の長所を最大限に生かすことにより初めて成し遂げられるものである。さらに、これらの湾曲したラメラ相や同軸シリンダを下地基板へ転写可能である［図 1(d)］。本技術により、最先端のトップダウン技術が及ばない極限解像領域において、ブロック共重合体リソグラフィのナノデバイス作製への適用が可能になると期待される。
[1] T. Yamaguchi and H. Yamaguchi, Adv. Mater. 20 (2008) 1684.

図1(a) 六角形配向ガイドにおける自己組織化構造の模式図。(b, c) PMMA 相を除去した後に残存したPS 相の直上走査電子顕微鏡 (SEM) 像；(b) 直角配向ガイド。(c) 六角形配向ガイド。(d)エッチング後のパターンの直上 SEM 像。スケールバーはすべて200 nm。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )27

光による結合ナノ機械共振器の周波数チューニング
岡本創 小野満恒二 山口浩司
量子電子物性研究部
昨今、結合機械共振器に関する研究が注目を集めている。同期現象などの興味深い物理
現象に加え、振動モードの局在化を利用した質量センサなど、その様々な応用可能性に期待が高まっている[1-3]。結合機械共振器における振動の結合状態は機械共振器間の固有振動数の差によって決まる。よって構成共振器の固有振動数を個別に制御することが結合機械共振器を取り扱う上で非常に重要となる。我々は、光照射による熱応力効果により機械共振器の固有振動数を変調し、結合共振器における振動の結合状態を制御することに成功した。また、本手法により機械共振器同士の完全な結合状態を実現した[4]。
実験に用いた素子は長さ40 µm、幅 10 µm、厚さ0.8 µmの2つの両持ち梁から成る（図 1）。
2つの梁はエッチングによって形成されるオーバーハングを介して機械的に結合している。梁は
AlGaAs/GaAs 超格子（上層）、n-GaAs（中層）、i-GaAs（下層）の3 層を有し、梁に蒸着した金電極とn-GaAs 層の間に交流電圧をかけることにより、圧電的に2つの梁を個別加振することができる。梁の振動は照射レーザ (He : Ne) の反射光をドップラー干渉計により検出する。
また、照射レーザ強度の調節により、梁のばね定数を変化させ、機械共振器の周波数をチューニングすることができる。測定は室温・真空中で行った。
梁 1を加振した場合の梁 2の共振特性におけるレーザ強度依存性を図 2に示す。図には2つの共振ピークが見られるが、これらは2つの梁の振動が互いに結合した2つの結合振動モードである。そのモード周波数はレーザ強度 (P)に依存し、P = 64 µWにおいて2つのモードは反交差する（図 2）。この反交差点において2つの梁は完全に結合し、低周波側モードと高周波側モードはそれぞれ完全な対称結合振動と完全な反対称結合振動となる。つまり本手法により、結合ナノ機械共振器の完全なチューニングが可能となる。チューナブルな結合ナノ機械共振器の実現は、高感度センサ応用や結合機械共振器のダイナミクスを探る上で重要となる。
[1] S. Shim et al., Science 316 (2007) 95.
[2] C. Pierre, J. Sound Vib. 139 (1990) 111.
[3] M. Spletzer et al., Appl. Phys. Lett. 88 (2006) 254102.
[4] H. Okamoto et al., Appl. Phys. Express. 2 (2009) 062202.

図1

28

結合ナノ機械共振器とセットアップ概略。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

図2

結合振動モードのレーザ強度依存性。

νT = 1 二 層系における真性エネルギーギャップと励起子凝縮
Paula Giudici

村木康二 熊田倫雄
量子電子物性研究部

藤澤利正

2 次元電子系 2 層を20-30 nm 程度の距離で近接させた系（二層系）は、異なる層にいる電子間の相互作用により1 層系にはない特異な性質を示す。特に2 次元面に垂直に加えた磁場によって生じる巨視的に縮退した離散エネルギー準位（ランダウ準位）を、各層で電子がちょ
うど半分ずつ満たすようにすると（各層の占有率 1/2、総占有率 νT = 1）
、2 層間の距離 d が小
さく層間の相互作用が強い場合、励起子超流動と考えられる2 層で逆向きの電流が無散逸に流れるなどの興味深い現象が報告されている[1]。一方、層間距離 d が十分大きく2 層が独立にふるまう場合には系は金属的な性質を示し、電子が磁束量子と結合して生じた複合粒子が各層でフェルミ面を形成しているものと考えられている。
これら2つの大きく異なる電子状態間で起こる量子相転移の性質は理論的にも実験的にも興味を引いてきたが、最近の我々の研究によって、GaAs 二重量子井戸に垂直に磁場を加えるという通常の実験条件では金属相が完全にスピン偏極していないため、実験的に観測される相転移はゼーマンエネルギーに支配された1 次転移となり、スピン自由度が存在しない場合に予想される量子相転移とは性質が異なることが明らかになった[2]。本研究では、試料に対して磁場を傾けゼーマンエネルギーを大きくすることで、スピン自由度が関与しない本来の相転移の性質を調べた[3]。ゼーマンエネルギーを大きくしていくと励起子凝縮相のエネルギーギャップは面間の電子間距離 dと面内の電子間距離 lB の比だけで決まる値（真性エネルギーギャップ）をとり（図 1）、その大きさは金属相と励起子凝縮相のエネルギー差の2 倍に一致した（図 2）。この結果は、この相転移が 2 次転移であり、凝縮相が金属相から励起子形成によって生じていることを示唆している。
[1] M. Kellogg, J. P. Eisenstein, L. N. Pfeiffer and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 93(2004) 036801.
[2] P. Giudici, K. Muraki, N. Kumada, Y. Hirayama, and T. Fujisawa, Phys. Rev. Lett.
100 (2008) 106803.
[3] P. Giudici, K. Muraki, N. Kumada, and T. Fujisawa, Phys. Rev. Lett 104 (2010) 056802.

図1

各 d/lB の値における励起子凝縮相のエネルギーギャップのトータル磁場依存性。

図2エネルギーギャップのd/lB 依存性と二状態間のエネルギー差 x 2（実線）。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )29

横結合二重ドットにおけるファノ－近藤効果
佐々木智 田村浩之
量子電子物性研究部
固体中の局在スピンが伝導電子との間にスピン一重項状態を形成する多体相関現象が近藤効果で、近年各種パラメータを自在に制御できる量子ドットにおいて著しく研究が進展してきた。特に二重ドットにおいては、単一ドットにおける近藤効果と、ドット間のスピン一重項形成との競合などの興味深い現象が理論的に予想されているが、実験的にはまだ十分に研究されていない。他方、ファノ効果は、連続的なチャネルと離散的なチャネルの間の量子干渉効果に由来する普遍的な現象で、両チャネルを介する伝導係数の相対的な大きさに応じて、共鳴波
形が非対称なピークからディップに至るまで変化する。
本研究では、互いにトンネル結合した2つの量子ドットの内、片方のドットのみが直接ソース・
ドレイン電極と結合した横結合二重量子ドット（図 1）をGaAs/AlGaAs 2 次元電子ガスを静電的に閉じ込めることによって形成し、近藤効果とファノ効果の競合を観測した[1]。図 2は41 mKで測定した電気伝導度のゲート電圧依存性を示す。ドット1の電子数変化に対応するクーロン
振動ピークが 3 本強く観測されており、黒い三角で示した下のクーロンブロッケード谷においては近藤効果により伝導度が増大している。ここで、ドット2に含まれる電子数が変化する際のドット
1のクーロンブロッケード谷の伝導度に着目すると、上の非近藤谷においては白い矢印で示すように極大、下の近藤谷においては黒い円で示すように極小となっている。これらの特性は、連続状態的なドット1の近藤効果（一般にはコトンネル）と、ドット2の離散準位を介した伝導との干渉によるファノ共鳴と解釈することができる。特に、近藤谷における共鳴ディップは近藤効果とファノ共鳴の競合を反映するもので興味深い。以上の特性は、スレーブ・ボゾン平均場近似
による理論計算によって定性的に再現されている[2]。
[1] S. Sasaki et al., Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 266806.
[2] H. Tamura and S. Sasaki, Physca E 42 (2010) 864.

図130

横結合二重量子ドットの模式図。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図2

ファノ－近藤効果を示す電気伝導度のゲート電圧依存性。白が高い伝導度に対応する。

結合半導体電荷量子ビットによる 2 量子ビット演算
太田剛 新海剛* 林稔晶 藤澤利正*
量子電子物性研究部 *東京工業大学
量子力学の原理に基づく並列計算を利用した量子コンピュータは従来のコンピュータをはるかに凌ぐ計算能力が期待されている。
近年は量子アルゴリズムを実行する上で必要な2 量子ビット演算の実現に向けた研究が進展している。これまでに超伝導電荷量子ビットにおいては、加算や乗算等の演算を行う制御反転演算が実現され、半導体を用いた電子スピン量子ビットにおいては、2つの量子ビットの情報を交換する交換演算が実現されている[1, 2]。従来の素子ではどちらか 1 種類の演算しか実現されていなかった。有限なコヒーレンス時間の中で演算を行うためには複数の演算をより小数ステップで効率的に行うことが必要であると考えられる。我々は制御反転演算や交換演算などの複数の機能的な2 量子ビット演算をそれぞれシングルステップで実現できる素子を開発し、実験的に実証した[3]。
図 1は素子の模式図である。二重量子ドットからなる電荷量子ビットを2つ集積化し、2 量子
ビット操作の実験を行った。それぞれの量子ビットは電気的に絶縁されており、独立に伝導特性を測定することができる。11 本のゲート電極に印加する電圧を調整することにより2つの量子ビットのパラメータを調整することができる。第 1 量子ビットに高速電圧パルスを印加し、量子ビッ
トを流れる電流を測定する。第 1 量子ビットにおいて左（右）のドッ
トに電子がいる場合を|0> (|1>)と表記すると|0>と|1>の重ねあわせ状態の生成を示すコヒーレント振動が観測される。量子ビット間の静電結合（クーロン相互作用）により、第 1 量子ビットの伝導特性は第 2 量子ビットの電荷状態に強く依存する。この静電結合を用いて一次のトンネル過程に起因する条件付きコヒーレン
ト振動を観測し、制御回転 (CROT) 演算を実現した（図 2）。さらに、量子ビットのパラメータを制御して二次のトンネル過程を用いることにより相関コヒーレント振動を観測し、交換 (SWAP) 演
算を実証した（図 3）。
本研究の一部は総務省 SCOPEの援助を受けて行われた。
[1] T. Yamamoto et al., Nature 425 (2003) 941.
[2] J. R. Petta et al., Science 309 (2005) 2180.
[3] G. Shinkai et al., Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 056802.

図1

半導体量子ドットを用いた
2 量子ビット素子。

図2

第 1 量子ビットの条件付きコヒー 図 3 (a) 第 1 量子ビットの相関コレント振動。(a)と(b)はそれぞれ第ヒーレント振動。(b)は図 2の条
2 量子ビットが|1>、|0>の場合。
件付きコヒーレント振動を示す。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )31ジョセフソン分岐増幅器による量子ビット測定過程の量子ダイナミクス理論
中ノ勇人 角柳孝輔 齊藤志郎 仙場浩一 髙柳英明*
量子電子物性研究部 *東京理科大学応用物理学科
量子ビッ
トの状態読み出しは、典型的な「プローブを用いた量子測定」である。今回我々は、実際に実験も行っている、ジョセフソン分岐増幅器 (JBA) をプローブとする超伝導磁束量子ビッ
トの読み出し過程を、量子ダイナミクスとして理論的に分析することに成功した。
JBAは非線形共振器であり、駆動振動数や駆動振幅など動作パラメータのわずかな違いによって、2 種類の振動モード（低振幅モード G 状態、と 高振幅モード E 状態）のどちらの共振状態をとるかが決定する。これをプローブとして量子ビットと相互作用させると、量子ビットの状態（ミクロな情報）に依存する実効的な動作パラメータのわずかな変化を、2 種類の共振モードの違い（マクロな情報）として増幅して読み出すことができる[1]。この方法は、測定後の量子ビットの状態に対する破壊の程度が小さく、量子情報処理に適している。このミクロからマクロへの情報変換過程は、まぎれもなく、量子ビットとJBAの合成系の量子力学に従った時間
発展（量子ダイナミクス）であるが、我々はその過程を理論的に明らかにした[2]。特に、
量子ビッ
トの状態が重ね合わせであるときに、読み出しがどうやって確率的な射影になるのかが重要である。JBAを駆動し始めると、量子ビットとの実効的な相互作用が徐々に強くなり、ユニタリーな時間発展によって量子ビットとJBA が相関を持つ2つの状態のエンタングルした状態が形成される（0 < t < τ1：図 1, 2 参照、以下同様）。この2つの状態のJBAは、やがてＥ状態へと転移す
るものとそのままG 状態に留まるものであり、結合している量子ビットは、それぞれ基底状態 gおよび励起状態 eである。駆動をさらに強くすると、この一方だけが E 状態への遷移を開始し、その瞬間にJBA へのデコヒーレンスが急激にエンタングル状態を破壊する (t ~ τ2)。こうして、量子ビットとJBAの合成系は、「量子ビットが g JBA が E」と「量子ビットが e JBA が G」のマクロに異なった2 状態のどちらか一方が実現している混合状態になる (t ~ τ3)。このときのJBAの状態を通常の古典的な方法で測定すれば、判別されたJBAの状態に応じて量子ビットの状態も決まる。
[1] I. Siddiqi et al., Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 207002.
[2] H. Nakano, S. Saito, K. Semba, and H. Takayanagi, Phys. Rev. Lett. 102 (2009) 257003.

図 1 JBAの状態の時間発展 (a) → (b) → (c) → (d)
（Ｑ表示）
。

32

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図2

量子ビットとJBAの間のエンタングルの強さの時間変化。

超伝導磁束量子ビット ･ 共振器系における制御 NOT ゲートの提案
齊藤志郎

Todd Tilma* Simon J. Devitt* 根本香絵 *量子電子物性研究部 *国立情報学研究所

仙場浩一

超伝導量子ビットは、操作性、拡張性、コヒーレンス時間の観点から、量子コンピュータの基本要素である量子ビット候補として注目を集めている[1]。我々は、超伝導共振器を量子バスとして用い、1つのバスに複数量子ビットが結合している系［図 1(a)］に着目した。この系では、隣り合った量子ビットのみが結合する1 次元状に並んだ量子ビット列とは異なり、離れた量子ビッ
ト間のゲート操作が容易になるという利点がある。我々は、この系において制御 NOTゲートを実現するパルス配列を提案し、そのゲート精度を評価した[2]。その結果、2 量子ビットの場合
98.8 %、3 量子ビットの場合 98.0 % のプロセスフィデリティFP [3]を得た。
図 1(a)に超伝導 LC 共振器と結合した、超伝導磁束量子ビットの模式図を示す。各量子ビッ
トは、相互インダクタンスを介して共振器と結合し、マイクロ波パルス照射用の制御ラインを有する。
この結合により、各量子ビットの2 準位間の遷移周波数は、共振器の状態に応じて僅かに変化する。我々は、この変化を利用した制御 NOTゲートを提案した。図 1(b)は、2 量子ビットの場合のパルス配列である。パルスの特性は、上から周波数 (C: Carrier frequency, BSB: Blue
sideband frequency)、長さ(π/2, π)、位相 (0, π, ϕ )で表されている。制御ビットと共振器に対す
るBSB パルスの間隔 Tと位相ϕ を最適化することにより、デコヒーレンスのない理想的な条件下
で、FP=98.8 %を得た。本研究では、制御ビット、標的ビット、共振器の周波数をそれぞれ、
6 GHz、5 GHz、10 GHz、各ビットと共振器の結合を0.1 GHzとした。さらに、7 GHzの周波数を有する第 3の量子ビットを加えた場合でも、非常に高い FP = 98.0 %を示し、本提案の拡張性の高さが分かる。制御 NOTゲートに要する時間は200 nsであり、磁束量子ビットのコヒー
レンス時間 4 µsと比較すると十分短い。実際に、デコヒーレンスの影響を考慮すると（図 2）、6実験で得られている最高の条件 (Q = 1×10 , Γ1 = Γ2 = 0.25 MHz)では、90.3 % の FPを得た。
さらなるFP の向上にはコヒーレンス時間の改善、系の設計・パルス形状の最適化が望まれる。
本研究は科研費の援助を受けて行われた。
[1] J. Clarke and F. K. Wilhelm, Nature 453 (2008) 1031.
[2] S. Saito, T. Tilma, S. J. Devitt, K. Nemoto, and K. Semba, Phys. Rev. B 80 (2009) 224509.
[3] I. L. Chuang and M. A. Nielsen, J. Mod. Opt. 44 (1997) 2455.

図1(a) 超伝導磁束量子ビッ
ト・共振器系。
(b) 制御 NOTゲートを実現するパルス配列。

図2

プロセスフィデリティへのデコヒーレンスの影響。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )33

半導体量子ドットにおける近藤効果のスピン蓄積による制御
小林俊之 1 鶴田尚英 1, 2 佐々木智 1 藤澤利正 1 都倉康弘 3 赤崎達志 1, 21量子電子物性研究部 2 東京理科大学 3 量子光物性研究部
半導体量子ドットに閉じ込められた局在電子のスピンは、周囲の伝導電子のスピンと強く相互作用することで、スピン一重項のコヒーレントな量子多体状態を形成する。これは近藤効果として知られ、温度、電場、磁場などのパラメータに敏感に反応して状態が変化することが知られている。近藤効果では局在電子と伝導電子のスピンが共に重要な役割を果たすため、伝導電子のスピンが片方に偏極すると近藤効果は著しく抑制されることが予想される。しかしながら、100 % 近い高いスピン偏極状態を形成する技術はこれまで確立されておらず、伝導電子のスピン蓄積が、近藤効果に及ぼす影響についてこれまで実験的に調べることはできなかった。
今回、我々は強磁場中の量子細線におけるスピンフィルタの特性を向上させることで、90 % 以
上スピン偏極したスピン偏極電流を生成した。また量子ドットの片方の電極に上向きスピンのみを蓄積することで、近藤効果が連続的に変調される様子を観測することに成功した[1]。
近藤効果では、フェルミエネルギーの伝導電子が共鳴的に局在電子と相互作用するため、電極の化学ポテンシャルµ の位置に近藤状態密度 (KDOS) が形成される（図 1）。KDOSはµと連動しているため、量子細線から量子ドットにスピン偏極電流を注入し、上向きスピンのµ のみを変化させると、上向きスピンのKDOSのみがシフトしKDOSのスピン分裂幅が変化する。
KDOSの位置は、量子ドットの微分コンダクタンス gD のピーク位置として測定することができた（図 2）。
[1] T. Kobayashi et al., Phys. Rev. Lett. 104 (2010) 036804.

図134(a)デバイスの走査電子顕微鏡像と測定方法。ゲート電極により左側に量子ドット、右側に量子細線が形成される。(b)-(d) 量子細線の伝導度 gEを0、e2/h、2e2/hに固定してVEを印加した場合の化学ポテンシャルμ と近藤状態
密度ρ 。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図2

近藤状態密度 (KDOS)に起因する伝導度ピー
クがVE に対してシフトする様子。量子細線の伝導度 gE が e2/hの場合はVE によって上向きスピンのμのみがシフトするため、上向きスピンに起因した伝導度ピークのみがシフトする。

PPLN 導波路中のカスケード 2 次非線形光学効果を用いた
時間位置もつれ光子対の発生
Myrtille Hunault 武居弘樹 忠永修 * 西田好毅 * 遊部雅生*
量子光物性研究部 *NTTフォトニクス研究所
周期分極反転ニオブ酸リチウム (periodically-poled lithium niobate: PPLN) 導波路中のカス
ケード2 次非線形光学効果は1.5 µm 帯における波長変換の手法としてよく知られており[1]、最近ではスクイズド光の発生にも用いられている[2]。 今回、PPLN 導波路中のカスケード2 次非線形光学効果を用いて1.5 µm 帯の時間位置もつれ光子対を発生した。
実験系を図 1に示す。波長 1551.1 nmの連続光を強度変調器により幅 100 ps、繰り返し
500 MHzのパルス列に変調する。パルス列は光増幅器により増幅され、光フィルタにより自然放出雑音を抑圧した後、PPLN 導波路に入力される。導波路中では、1.5 µm 帯パルス列をポンプとする second harmonic generation (SHG)により780 nmのパルス列が発生する。同時に、発生した780 nm パルス光をポンプとする spontaneous parametric downcoversion (SPDC) により量子状態がと表される連続的時間位置もつれ光子対 [3]が発生する。ここで、は k 番目の時間スロット、モード z（=s:シグナル、i:アイドラ）に光子が存在する状態を示し、N はコヒーレンスが保持されているポンプパルス数である。導波路から出力した光子は、誘電体多層膜フィルタによりシグナル／アイドラ光子に分離され、それぞれ 1ビット遅延干渉計に入力される。干渉計から出力された光子は単一光子検出器により受信される。干渉計の位相差を変化させ、二光子の同時検出率を測定することにより二光子干渉波形を得る。
二光子干渉実験の結果、明瞭度 97 % の二光子干渉波形を観測した（図 1 右上）。これにより、本手法を用いて高品質な量子もつれ光子対源を構成可能であることが確認できた。
[1] M. H. Chou et al., IEEE Photon. Technol. Lett. 11 (1999) 653.
[2] K. Hirosawa et al., Phys. Rev. A 80 (2009) 043832.
[3] H. de Riedmatten et al., Phys. Rev. A 69 (2004) 050304(R).

図1

実験系（右上は二光子干渉波形）。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )35

光格子中にトラップされた冷却フェルミ原子気体の有限温度解析
稲葉謙介 山下眞
量子光物性研究部
制御性が非常に高い光格子中の冷却原子気体は、量子シミュレータと呼ばれており、多体効果を解析する理想的な系として知られている。実際、40Kフェルミ原子を用いた光格子系において、モット転移が実現され話題となった[1]。最近では、高温超電導体のメカニズムのさらなる解明にもつながるため、光格子系において反強磁性秩序状態を観測することに注目が集まっている。最近の実験技術の急速な進展に伴って、この観測の実現に期待が高まっている。
そこで、実験に先駆けた理論的解析によって、光格子中の反強磁性転移について詳細な知見を得ることが必要とされている。しかしながら、光格子系特有のトラップポテンシャルの効果を考慮することは非常に困難であるため、この問題を取り扱うための信頼できる理論解析手法はこれまでなかった。
このような背景のもと、本研究では、2 次元光格子に閉じ込められた2 成分の内部自由度を有するフェルミ原子気体の反強磁性転移について解析した[2]。まず、自己エネルギー汎関数法を拡張し、光格子系を調べるための新たなアルゴリズムを開発した。この手法は、有限温度の強相関電子系を取り扱う強力な手法として知られていたが、従来のアルゴリズムでは、閉じ
込めポテンシャルを考慮した解析は困難であった。我々はこの問題を解決し、拡張した自己エ
ネルギー汎関数法を、2 次元光格子系に適用し、様々な熱力学的な物理量を解析した。得られた結果は、先行研究によって得られていた実験・理論の解析と良い一致を示すことが分かった。そして、2 次元光格子系の反強磁性転移について詳細な解析を行った。その結果、図 1に示すように、反強磁性秩序は、モット状態になりやすいポテンシャルの底から徐々に発達することが分かった。最後に、系統的な解析により、光格子系の反強磁性転移温度を見積もり（図2）、観測に有利な高い転移温度を有するパラメータ領域が存在することを見出した。
本研究の一部は科学技術振興機構 CRESTの援助を受けて行われた。
[1] U. Schneider et. al., Science 322 (2008) 1520; R. Jordens et al., Nature 455 (2008) 204.
[2] K. Inaba and M. Yamashita, submitted to Phys. Rev. A.

図136(a) 光格子系の反強磁性秩序状態を示す
模式図。(b) 数値計算によって求めた磁化の空間分布。転移温度以下の温度領域において解析を行った。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図2

反強磁性転移温度 Tc。相互作用の強さU
および、トラップを特徴づけるエネルギー Etを系統的に変化させている。 バンド幅 Wをエネル
ギーの単位にしている。

超伝導アトムチップの損失のメカニズム
向井哲哉 Christoph Hufnagel 清水富士夫 *量子光物性研究部 *電気通信大学
中性原子を用いた量子演算を実現するには、原子を強く、かつ、安定に捕捉する技術が不可欠である。チップ表面に加工した微細な回路が作るポテンシャルで原子を捕捉するアトム
チップは、実用的なリソースで原子を強く閉じ込められると考えられることから、量子制御の重要デバイスとして期待されている。アトムチップを用いた量子デバイスを開発する第一歩は、チップ表面からのノイズの影響を克服することである。我々は、スピン反転損失を何桁も改善できると期待される超伝導回路を用いることで、この問題の解決を試みている。
昨年度までに我々は、チッ
プ上の超伝導永久電流により原子を捕捉し[1]、捕捉寿命を1 桁改善することに成功した。しかしながら、我々の実験結果は、超伝導アトムチップのトラップ損失のメカニズムが、従来のアトムチップとは異なることを示唆していた。本年度は、その超伝導アトムチップのトラップ損失のメカニズムを解析し、その詳細を明らかにした[2]。
はじめに、我々はトラップ高さのバイアス磁場依存性を計測することで、超伝導線内部での電流分布を解析した（図 1）。磁束の侵入の有無によって異なる電流分布から計算した結果を実験結果と比較することで、磁束の侵入が明らかになった。
次に、トラップの損失率のトラップ高さ依存性（図 2）を解析したところ、トラップの損失率は、同じ永久電流を用いた測定では一定の関数に従うが、いったん永久電流を消去して再度永久電流を読み込むと、別の関数に従うことが明らかになった。これらの実験事実から、我々は超伝導体に侵入した磁束が樹枝形状となることで、局所的にトラップポテンシャルを変形させ、磁場ゼロの点を生じ、その点でスピン反転損失を起こしているという結論に至った。また、超伝導体に侵入する磁束が樹枝形状になることは、超伝導ディスクを用いた新しい原子トラップによ
る実験によっても確認することに成功した[3]。
本研究の一部は科学技術振興機構 CREST、および、科研費の援助を受けて行われた。
[1] T. Mukai, C. Hufnagel et al., Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 260407.
[2] C. Hufnagel, T. Mukai, and F. Shimizu, Phys. Rev. A 79 (2009) 053641.
[3] F. Shimizu, C. Hufnagel, and T. Mukai, Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 253002.

図1

トラップ高さのバイアス磁場依存性。■が実
験結果で、実線および点線は、それぞれ磁束の侵入が有る場合と無い場合の計算結果である。

図 2 トラップ損失率のトラップ高さ依存性。異なる
印は、異なる日に得たデータを示している。永久
電流は、それぞれの日に数回駆動している。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )37

サブ 10 フェムト秒レーザによる p 型 Si の
コヒーレントフォノンダイナミクスの観測加藤景子

石澤淳 小栗克弥 後藤秀樹
量子光物性研究部

中野秀俊

コヒーレントフォノンとは、格子振動より十分に短い時間幅を有するパルスレーザによって駆動される、位相の揃ったフォノンのことである。コヒーレントフォノンの測定では格子振動の時間変化を直接観察できることから時間領域分光法と呼ばれ、従来のラマン散乱、赤外吸収などの周波数領域分光法に対して相補的な情報を得ることができる。
Siでは、p 型ドーパントの添加によってフェルミ面を価電子帯へシフトさせると、k 空間上で非等方なバンド構造を反映したラマンスペクトルが観測されている[1]。そこで我々は p 型 Siにおいてコヒーレントフォノンの観測を行い、非等方な分布を有するキャリアによって支配されるコヒーレン
トフォノンのダイナミクスについて調べた[2]。
パルス幅 10 fs、中心波長 780 nmのチタンサファイアレーザを用いて、ポンプ・プローブ法による過渡反射率測定を行った。サンプルとして p 型 Si（キャリア濃度 3×1019–1.5×1020/cm3）と、ドープしていないSi（ノンドープ Si）を用いた。
図 1にノンドープ Siとp 型 Siの過渡反射率測定の結果を示す。ポンプ光とプローブ光の干渉による反射率変化が現れ、続いてコヒーレントフォノンに由来する振動成分が観測された。さらに p 型 Siでは、非等方な分布を有するキャリアの減衰成分が観測された［図 (b) 点線］。これは p 型ドーパントによってフェルミ面が価電子帯に下がり、k 空間上で非対称な分布を有する重いホールのバンド構造 [2]を反映してホールが生成した結果と考えられる。また、コヒーレントフォ
ノンの振動をcos (ω0t + φ )（ω0 はフォノンの振動数、φ は初期位相）にフィッ
トしたところ（挿入図
黒実線）、p 型 Siでは非等方な分布を有するホールによって初期位相φ が cosine 型へシフトすることが分かった。
本研究は科研費の援助を受けて行われた。
[1] F. Cerdeira, T. A. Fjeldly, and M. Cardona, Phys. Rev. B, 8 (1973) 4734.
[2] K. Kato, A. Ishizawa, K. Oguri, K. Tateno, T. Tawara, H. Gotoh, and H. Nakano,Jpn. J. Appl. Phys. 48 (2009) 100205.

図138(a) ノンドープ Siと (b) p 型 Siの過渡反射率。挿入図は時間 0 付近の拡大図。灰色線はフィッティングの結果、黒実線はコヒーレントフォノンの成分、黒点線は非等方なキャリアの減衰成分、黒丸は実験結果を示す。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

直径が制御されたフリースタンディング GaAs ナノワイヤと光学特性に現れる量子効果
Guoquiang Zhang 舘野功太 眞田治樹
量子光物性研究部

後藤秀樹

半導体ナノワイヤ(NWs)は半導体ナノ構造の1つであり、新しい電子・光デバイス実現に貢献する可能性があるため、注目を集めている。NWは、新しいナノ構造を構成する基本的な構造体となることや、特徴的な量子細線構造を実現することも期待されている。フリースタンディ
ング型と呼ばれるNWの新しい応用を追求するため、直径が制御されたGaAs NWを作製し、その光学特性を調べ、明瞭な量子効果の観測に成功した。
NWは、有機金属気相成長装置を用いて、金を触媒とする気相－液相－固相（VLS）モードで作製した[1]。触媒として直径が制御された金粒子 (5, 10, 20, 40, 60 nm) を用いることで、
GaAs NWのサイズ制御を試みた。作製したNWの透過電子顕微鏡写真を図 1に示す[2]。
NWの成長温度を、通常の気相成長で用いられる温度より低くすることで、格子欠陥の極めて少ないNWの作製に成功した［図 1(a)-(d)］。また、図 1(e)から明らかなように、NWの直径が金粒子のサイズに応じて異なっていることから、NWのサイズ制御が可能であることが分かった。図 2は、
このNWの光学特性を顕微フォトルミネッセンス (PL) によって調べた結果である[3]。
図 2(a)は単一 NWのPLスペクトルで、金粒子サイズが小さくNWの直径が小さいほど発光エネルギーが大きくなっており、量子閉じ込め効果が明瞭に現れている。図 2(b)は、偏光分離
PLスペクトルである。PLは偏光方向と、ナノワイヤの方向に強く依存していることが分かる。この結果から、NWでは、従来の量子細線構造とは異なり、屈折率と量子閉じ込め効果の両方の異方性を持つ構造であることが示唆される。以上の結果は、GaAs NWの光学特性のサイズ効果や、量子細線構造での新規物性の解明に貢献することが期待される。
[1] G. Zhang et al., J. Appl. Phys. 103 (2008) 014301.
[2] G. Zhang et al., Appl. Phys. Lett. 95 (2009) 123104.
[3] G. Zhang et al., Jpn. J. Appl. Phys. 49 (2010) 015001.

図1

GaAs NWのTEM 写 真。(a) 単 一 NW (b),(c)
単一 NW中心と先端付近の高倍率像。(b)の挿入図は回折像で、Zinc-Blend 構造を示している。
(d) NW 側面の高倍率像。(e) サイズの異なる金粒子を用いたNW。

図2(a) 3 種類の金粒子を用いて成長したGaAsNWのPLスペクトル。(b) 偏光分離 PLスペクト
ル、
赤い破線は、
バルクGaAsのPL エネルギー。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )39

表面弾性波によって形成したダイナミック量子ドットの発光特性
寒川哲臣 眞田治樹 後藤秀樹
量子光物性研究部
量子井戸構造 (QW) に表面弾性波 (surface acoustic wave: SAW) を伝搬させることによって、1 次元または2 次元の横方向バンド構造変調を実現することが可能となる[1, 2]。本研究
では、直交方向の2つのSAWが干渉することによって形成されるGaAs/AlAsダイナミック量子ドット (dynamic quantum dot: DQD) における励起子発光ダイナミックスに注目している。
GaAsなどのピエゾ物質においては、SAW 伝搬に伴い、歪によるバンドギャップの変化が起きることに加えて、強いピエゾポテンシャルの変調が生じることが知られている。また、結晶構造のD4d 対称性のために、直交したSAWの干渉によって2 種類のDQDアレーが形成されることが報告されている[3]。図 1(a)は格子変位の面内成分の模式図であり、黒または灰色の○はピエゾポテンシャルの変調によって形成されたポテンシャルドットの位置を、黒または灰色の□は歪によりバンドギャップが極小・極大となる歪ドットの位置を示している。
SAW (820 MHz) と同期した励起パルス光源を用いることにより、動いているDQDからのフォ
トルミネッセンス (PL) の空間分布を低温 (4K) において測定した[1]。図 1(b)に、6.3 nmのQW層からのPLピーク（SAWを印可しない場合のピークエネルギーは1.630 eV）よりも低エネルギー側となる1.623 eVの発光に対する空間分布の測定結果を示す。PL 偏光度 (ρ )は ρ = (PL[1-10]– PL[110]) / ( PL[1-10] + PL[110]) と定義し、PL[1-10] 、PL[110] は図 1(a)に示すようにそれぞれ SAW 伝
搬方向のPL 偏光成分である。図 1(b)、(c)ともに四角格子状のドットアレーが現れているのが分かる。図 1(b)の強いPL 発光を示す位置はバンドギャップが広がった歪ドット［図 1(a)における黒い□］に対応する。また、図 1(c)において正（負）の偏光度を示す位置は、図 1(b)のバン
ドギャップが広がった歪ドット間の[1–10]（[110]）方向の鞍点に位置しており、図 1(a)におけるポテンシャルドッ
トの位置（黒または灰色の○）に対応している。
[1] T. Sogawa et al., Phys. Rev. B 80 (2009) 075304.
[2] T. Sogawa et al., Appl. Phys. Lett. 91 (2007) 141917.
[3] F. Alsina et al., Solid State Commun. 129 (2004) 453.

図140(a) 格子変位の面内成分の模式図。○はポテンシャルドット、□は歪ドットを示す。 (b) PLピークよりも低エ
ネルギー側発光に対する空間分布の測定結果。 (c)PL 偏光度の空間分布測定結果。プラス符号は[1-10]方向の偏光に対応。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

フォトニック結晶ナノ共振器によるサブフェムトジュール全光スイッチ
野崎謙悟

田辺孝純 新家昭彦 松尾慎治* 佐藤具就* 谷山秀昭
量子光物性研究部 *NTTフォトニクス研究所

納富雅也

フォトニック結晶 (PhC) により形成される高 Q 値と微小体積 Vを有する光ナノ共振器は、光と物質の強い相互作用を可能にするため、様々なアクティブ機能素子の低パワー動作が期待される。例えば、光によるキャリア励起により非線形屈折率変化を起こし、別の光の経路をスイッ
チングするといった全光制御が可能であるが [1]、制御に必要な光エネルギーは V/Q に比例するため、PhCナノ共振器は非常に有効な母体となる。本研究では、強いキャリア非線形性を示すInGaAsPをベースとして、極めて微小なPhCナノ共振器を形成することにより、従来 Siお
よび GaAs 系 PhC 共振器で実証されていた全光スイッチに比べて非常に低いエネルギーでの光制御を実現した[2]。
図 1(a)、(b)は作製した素子の上面写真と光透過スペクトルである。2つの円孔をわずかにシフトさせることで形成されるH0 共振器は、PhC 共振器の中でも特に微小であり、理論計算されたモード体積は0.025 µm3 である。ポンプ－プローブ法により測定されたスイッチ動特性を図 2に示す。プローブ光の波長をモードピークに合わせた場合、プローブ光の透過率はポンプ光と重なった瞬間に低下し（スイッチオフ動作）、一方、プローブ光波長をモードの短波長側に合わせた場合は逆に透過率は増加する（スイッチオン動作）。これはキャリア非線形により共鳴モード
が短波長シフトするためである。微小モードによる局所的なキャリア生成と高速なキャリア拡散のため、最小スイッチング時間窓は20 psと短い。3 dBの消光比に必要なポンプ光エネルギーは
約 0.4 fJであり、これは従来の全光スイッチに比べて2 桁以上低い値である。
本成果により、PhCナノ共振器は低消費電力、高速、高密度にオンチップ集積可能な光制御素子として優位であることが示され、光スイッチだけでなく、光メモリや光検出器、変調器などあらゆる光エレメントへの展開が期待される。
本研究の一部は科学技術振興機構 CRESTの援助を受けて行われた。
[1] T. Tanabe et al., Appl. Phys. Lett. 87 (2005) 151112.
[2] K. Nozaki et al., Nature Photon. (in press).

図1(a) H0ナノ共振器のSEM 写真と計算された共鳴モード分布。(b) 透過スペクト
ルとフィッティング曲線。

図2

スイッチ動特性。上と下のプロットはそれぞれスイッ
チオフ動作とスイッチオン動作。∆λdet はプローブ光波長の共鳴モードピークからの差。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )41

二層フォトニック結晶による巨大な光力学結合効果の実現
Young-Geun Roh 田辺孝純 新家昭彦 谷山秀昭 倉持栄一
松尾慎治* 佐藤具就* 納富雅也
量子光物性研究部 *フォトニクス研究所
光と物質間の力学的相互作用は物理学において重要なテーマであり、近年フォトニック構造
における光・機械共振モード間の結合が注目されている。我々は2006 年に空気層を有する二層構造のフォトニック結晶にいて巨大な輻射力が生成できることを理論予測していたが [1]、本研究ではその二層構造のフォトニック結晶を世界で初めて実現し、巨大な光力学結合効果が発現することを観測した[2]。
この研究では、空気層 200 nmを有する2 枚のInP 層（厚さ200 nm）に周期 750 nm、穴径540 nmの正方格子のフォトニック結晶を電子ビーム描画、ドライ・ウエッ
トエッチング、超臨界乾燥手法で作製した（図 1）。30×20 µmの領域に作製された二層フォトニック結晶に対して垂直
入射光の反射スペクトルを測定したところ、1567 nm, 1457 nm 付近に二層フォトニック結晶の2つの共鳴モード（面に垂直な軸に対して、対称および反対称のパリティを持つモード）の存在が確認された。図 2に対称モードの反射スペクトルの入力パワー依存性の測定結果を示す。
入力パワーを増加すると、共鳴波長が大きくredshiftし、13 mWの入力パワーに対して0.9 nmのシフトが観測された。このシフトは対称共鳴モードで生じる輻射力（引力）によるスラブの変位が原因と考えられ、各スラブの1.8 nmの変位に相当する。反対称モードに関しては、逆のblueshift が観測されていることから、このシフトが熱光学効果によるものではないことが確認された。上記の変位に対応する力は10.8 nN、振器内の単位エネルギーで発生する力は F/U = 0.4µN/pJ と見積もられ、非常に大きい光力学結合効果が得られていることが分かった。光力学結合効果が大きいため、二層構造の機械振動モード［図 3(a)］の微小なブラウン運動も観測されている［図 3(b)］。
[1] M. Notomi et al., Phys. Rev. Lett. 97 (2006) 023903.
[2] Y. Roh et al., Phys, Rev. B 81. (2010) 121101(R).
図1

作製した二層構造のフォトニック結晶のSEM 写真。

図 2 (a) 対称モードの反射スペクトル。(b),(c) 各モー
ドの同時反射測定結果 (Pin = 13 mW)。

42

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )図3(a) 二層構造の基本振動モード。(b) ブラウ
ン運動による反射光の変調スペクトル。

二光子吸収を用いた 1.55 μm 帯全シリコンフォトニック結晶受光器
田辺孝純

⻆倉久史 谷山秀昭 新家昭彦
量子光物性研究部

納富雅也

シリコン(Si)は電子集積回路に広く用いられているが、潜在的に光集積回路にも適した材料である。実際に通信波長帯の光に対しては透明であるために、特性の良い導波路や光共振器が Siチップ上に作製されるようになった。しかし通信波長帯の光に対しては透明であるため、そのままでは1.55 µm 帯の光受光器は作製できない。そこで、ゲルマニウムをSi 上に集積する手法が盛んに研究されているが、ゲルマニウムとSiは4 % の格子不整合を有し、そのために暗電流を低減させることが簡単ではない[1]。また、Siにイオン注入して欠陥準位を生成し、それを介して光を検出する全 Si 検出器も研究されているが、欠陥に起因する暗電流が大きい[2]。
一方、全 Siで光検出器を作製できれば、極めて優れた結晶性を利用した低暗電流な検出器を作製できると期待されるが、1.55 µmの光を検出するためには二光子吸収 (TPA) が必要であり、その効率は高くない。そこで、極めて強い光閉じ込めを有するフォトニック結晶 (PhC) 微小
光共振器を用いて微小な光の検出を実現させた[3]。
図 1に示すpin 構造を集積したSi-PhC 微小光共振器を作製した。作製した微小光共振器の Q 値は4.3×105 で透過率は24 % だった［図 2(a) 挿入図］。–3 Vの逆電圧を印加時の暗電流は僅か –15 pAであった。この条件で測定した光電流を図 2(a)に示す。共振器の光の閉じ–8
込めが極めて強いため、僅か 10 Wの光入力で二光子吸収電流が検出された。一光子で電子が1つ生成する条件をQE=100 %とすると1.17 µWの光入力の時にQE≈10 % が得られた。透過率を考慮すると共振器中の光の約 44 % が吸収されたことになる。全 Si 検出器においてこのように高い吸収効率が得られるのはPhCの高 Q 値のおかげである。
次に本検出器を用いて0.1 Gb/sの光信号の検出実験を行った［図 2(b)］。共振器に共鳴する波長の光のみ電気信号として検出された。本実験結果はこの素子が、シリコンチップ集積受光器として期待できることを示している。
[1] S. Assefa, F. Xia, and Y. Vlasov, Nature 262 (2010) 80.
[2] M. Geis et al., Opt. Express 17 (2009) 5193.
[3] T. Tanabe et al., Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 101103.

図1

作製したpin 集積フォトニック結晶微小光共振器ディタクタの図。

図2(a) 入力光パワー対光電流および透過スペ
クトル。(b) 0.1-Gb/s 受光実験。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

43

Ⅱ．資料

サイエンスプラザ 20092009 年 11 月 27 日（金）に NTT 厚木研究開発センタにおいて、“ナノサイエンスが拓
く量子の世界”と題した物性科学基礎研究所の公開イベント「サイエンスプラザ 2009」
を開催しました。本イベントは、研究所の最新の研究成果について内外の方々に広く紹介するとともに、皆様との有意義な議論の場とすることを目的としています。
講堂において行われた講演会の午前の部では、横浜所長による開会の挨拶、各研究部長による研究方針と展示ポスターの概要の説明に続き、量子固体物性研究グルー
プリーダの村木康二特別研究員によるシンポジウム講演会「半導体ナノ構造における電子相関～電子から本来のチームプレーを引き出す～」を行いました。午後の部では、
東京工業大学教授細野秀雄先生に「材料探求の醍醐味～宝の山を目指して～」と題した特別講演を行って頂きました。講演後には熱心な質問が多数寄せられていました。
ポスター展示では、マイクロシステムインテグレーション研究所による 6 件と、フォトニクス研究所の 7 件を含めました、計 44 件の最新の研究成果について、研究の概要からそのオリジナリティやインパクト、今後の展望などを詳しく紹介しました。
具体的な研究内容に関しても談論風発し、多くの貴重なご意見を頂くことが出来ました。毎年大変好評の「ラボツアー」については、できるだけ多くの方に参加して頂けるよう 5 つのコースを用意致しました。また、就職に興味のある学生の方を対象とした相談コーナーを開設しました。全ての講演・展示・公開・説明会を終えた後、夕刻からは社内食堂にて「懇親会」を行いました。ご来場頂いた方々と親交を深める
とともに、研究内容についての議論も引き続き行われました。
今回、大学等研究機関・一般企業・NTT グループのなど 224 名の方々にご参加頂き、お陰様を持ちまして、盛況のうちに終了することが出来ました。ご来場頂きました
方々には、心より感謝申し上げます。ポスター展示、ラボツアーの際やアンケート
でお寄せ頂きました様々なご意見は次回のサイエンスプラザに活かしていきたいと思います。

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )45

第 5 回 NTT 物性科学基礎研究所スクール
NTT 物性科学基礎研究所（物性研）では、材料物性分野の若手研究者の育成と海外の若手研究者へのビジビリティ向上を目的として、2009 年 11 月 24 日から 11 月 27 日まで、NTT 厚木研究開発センタにて、第 5 回 NTT 物性科学基礎研究所スクール（NTTBRL スクール）を開催しました。今回が第 5 回目となる NTT-BRL スクールですが、現在物性研が精力的に進めている研究と関わりの深い「最先端材料の研究開発」をテーマに、海外の著名な大学教授、国内のトップレベルの研究者を招き、9 ヶ国 33 名の学生（主に大学院博士課程学生）が参加しました。
初日には、NTT 物性科学基礎研究所所長から研究所の概要が紹介された後、Klaus
Ploog 教授（独、Paul-Drude 研究所 前所長）による「情報記録のための最先端材料」に関する講義がありました。Ploog 教授の講義は、スクール期間中の毎日行われ、エコの観点から材料科学に基づいた持続可能なエネルギーに関しても紹介されました。また、1 日目の午後には、染谷隆夫教授（東京大学）による、「エレクトロニクス、ディスプレイ、LEDs に向けた有機材料」の講義も行われました。また、物性研の研究者による講義も行われました。2 日目の午前に山口浩司物性部長から「化合物半導体を用いたマイクロ／ナノメカニカル素子」に関する講義が行われ、2 日目午後および 3 日
目午前には納富雅也特別研究員から「人工誘電体の展望」、4 日目午前には、牧本俊樹
物質部長から「III 族窒化物半導体を用いた最先端デバイス」の講義が行われました。
講義に続き、2 日目には参加した学生や若手研究者によるポスターセッションが開催されました。参加学生が自分の大学での研究内容について発表し、学生、講師の先生
方、NTT の研究者との間で活発な議論がなされました。2 日目と 3 日目は物性研の紹介を行いました。まず、研究設備や装置を見学してもらうためラボツアーを実施し、研究部長から各研究部の研究内容と最近の成果概要を紹介しました。最終日には、同時に開催していたサイエンスプラザに参加し、各研究者から個別の研究を紹介しました。スクール最後の Farewell Party では、ポスターセッションで優れた発表を行った学生に贈られるベストポスター賞の発表などで大いに盛り上がるとともに、学生たちはお互いに連絡先を交換するなど親睦を深めました。私たちは、今後も、このような交流の場を提供し、物理・応用物理学分野の研究交流、人材育成への積極的な取り組みを継続していきます。

46

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )社外表彰受賞者一覧
International symposium on
purinergic signalling in new
strategy of drug discovery(Fukuoka Purine 2009)篠崎

陽一

Localization of P2X4 receptors in lipid
raft-like structure of in vitro model of2009.7.25
cell membrane

応用物理学会講演奨励賞

角柳孝輔

ジョセフソン分岐増幅 (JBA) 回路
を用いた磁束量子ビットの高可視性測定

2009.9.8

日本表面科学会

物性科学
基礎研究所

表彰状

2009.10.28

3rd International
Symposium on
Nanomedicine
The Best Poster Award

篠崎

Direct Visualization of Single Receptor
Dynamics: the Relationship between
Molecular Scturcture and Physiology/
Pathology

2009.11.5

MNC 2008 Outstanding paper
Award

K. Tamaru
K. Nonaka
M. Nagase
H. Yamaguchi
S. Warisawa
S. Ishihara

Direct actuation of GaAs membrane2009.11.16
using microprobe of SPM

MNC 2008 Young Authors
Award

K. Tamaru

Direct actuation of GaAs membrane2009.11.16
using microprobe of SPM

若原

発光・電気伝導の同時測定によるカーボンナノチューブからの励起 2009.11.20
子・自由キャリア電界発光観測日本電子材料技術協会
優秀賞

独立行政法人日本学術振興会
半導体界面制御技術第１５４
委員会

フラーレン・ナノチューブ学会
飯島賞

陽一

弘行

物性科学
基礎研究所

感謝状

2009.11.20

高木

ダイヤモンドナノ粒子を用いた
カーボンナノチューブ合成

2010.3.3

大輔

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )47

社内表彰受賞者一覧

48

先端技術総合研究所
所長表彰
研究開発賞

Mahboob Imran
岡本 創
小野満 恒二山口 浩司

半導体メカニカル共振器による新機
能素子の実現2009.12.9

先端技術総合研究所
所長表彰
功労賞

山口
鈴木
小野

真澄
恭一
行徳

液体ヘリウムの新しい管理システム導入による回収率の大幅な改善と固定費の削減

2009.12.9

物性科学基礎研究所
所長表彰
業績賞

藤澤
新海
林稔
太田

利正
剛
晶
剛

2 量子ビット構造を用いた新機能素子の開拓

2010.3.26

物性科学基礎研究所
所長表彰
業績賞

篠崎
河西
住友
鳥光

陽一
奈保子
弘二
慶一

原子間力顕微鏡による受容体タンパ
ク質の構造解析に関する研究

2010.3.26

物性科学基礎研究所
所長表彰
業績賞

高木
小林

大輔
慶裕

新規カーボンナノチューブ成長触媒
材料の開拓2010.3.26

物性科学基礎研究所
所長表彰
論文賞

田辺
納富
谷山
倉持

孝純
雅也
秀昭
栄一

"Dynamic Release of Trapped Light
from an Ultrahigh-Q Nanocavity via
Adiabatic Frequency Tuning", Phys.
Rev. Lett. 102 (2009) 043907.

2010.3.26

物性科学基礎研究所
所長表彰
論文賞

日比野 浩樹
影島 博之
永瀬 雅夫
小林 慶裕
山口 浩司

"Microscopic thickness determination ofthin graphite films formed on SiC fromquantized oscillation in reflectivity of
low-energy electrons", Phys. Rev. B 77
(2008) 075413.

2010.3.26

物性科学基礎研究所
所長表彰
論文賞

玉木

潔

"Unconditional security of the Bennett
1992 quantum-key-distribution schemewith a strong reference pulse", Phys.
Rev. A 80 (2009) 032302.

2010.3.26

物性科学基礎研究所
所長表彰
奨励賞

岡本

創

光による微小機械共振器の振動制御

2010.3.26

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

報 道 一 覧
発表月日 発表媒体

見出し

4 月 14 日 日経産業新聞

蘭ナノテク産学連携トップに聞く
日本企業と交流強化

5 月 14 日 日刊工業新聞

ナノレベル観察新技術

5 月 25 日 日経産業新聞

受容体の動き、連続観察

5 月 26 日 日刊工業新聞

ナノテクの主役交代へ CNT からグラフェンに
半導体向け研究活発化

7 月 12 日 日本経済新聞

宇宙旅行、エレベーターで

7 月 23 日 日経産業新聞

ダイヤで「究極の半導体」 実用化へ“原石”磨く NTT
次世代の通信支える

7 月 23 日 日経産業新聞

新たな主役

7 月 28 日 日刊工業新聞

電荷量子ビット集積
NTT と東工大

7 月 28 日 日経産業新聞

1 素子で演算 2 種

8 月 7 日 日本経済新聞

量子暗号通信

9 月 7 日 日本経済新聞

高機能の炭素素材「グラフェン 実用化へ研究加速」
富士通電機や NTT など 環境・新エネで期待

9 月 19 日 日本経済新聞

量子暗号、数年で実用化へ

10 月 6 日 日経産業新聞

カーボンナノチューブ

12 月 7 日 日刊工業新聞

グラフェントランジスタ 次世代素子実用化競う
LSI・太陽電池を高性能化 性能シリコンの 100 倍

1 月 4 日 日経産業新聞

速度損なわず情報伝送

10 年で 130 億円投資

ATP の変化解明

普及目前

原子間力顕微鏡を使用ロケットを代替要素技術にメド

大容量通信、半導体素材に脚光
多機能演算素子を開発

量子コンピューター向け

初の実証実験

NTT 東工大

三菱電機や NECNTT、世界最速を実現

ダイヤからにょきにょきNTT 研

光ルータへ一歩NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )49

学術論文掲載件数、国際会議発表件数および出願特許件数（2009 年）
2009 年に国内外の学術論文誌（英文）に掲載された学術論文の件数は、物性科学基礎研究所全体で 129 件、国際会議の発表件数は 276 件です。また出願特許数は 40 件になります。以下に分野別の件数を示します。

学術論文掲載件数（2009.1−2009.12）
機能物質科学37

量子電子物性

44

量子光物性

48

0

10

20

30

40

50

掲載件数

国際会議発表件数（2009.1−2009.12）
機能物質科学62

量子電子物性

123

量子光物性

91

0

20

40

60

80

100

120

140

発表件数

特許出願件数（2009.1−2009.12）
機能物質科学13

量子電子物性

11

量子光物性

16

0

5

10

出願件数

50

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )1520

学術論文の主な掲載先と掲載件数は以下のとおりです。
(IF2008*)
雑誌名
Applied Physics Letters
3.726
Physical Review B
3.322
Applied Physics Express
Japanese Journal of Applied Physics
1.309
Optics Express
3.88
Physical Review Letters
7.18
Physical Review A
2.908
International Journal of Modern Physics B
0.558
Nanotechnology
3.446
Journal of the American Chemical Society
8.091
The Journal of Physical Chemistry B
4.189
Nature Physics
16.821
PLoS Biology
12.683
Reports on Progress in Physics
12.09
Small
6.525
*IF2008：インパクトファクター 2008（出展、Journal Citation Reports, 2008）
研究所全体では、一論文当たりの平均インパクトファクターは 3.58 です。

件数
11
11
9
9
9
8
7
5
4
1
1
1
1
1
1

国際会議の主な発表先と発表件数は以下のとおりです。
国際会議名International Symposium on. Nanoscale Transport and Technology 2009
The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
29th Conference on Lasers and Electro Optics and the 27th International Quantum Electronics
Conference
The 12th International Superconductive Electronics Conference
International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology
14th Narrow Gap Semiconductor and Systems
14th International Conference on Modulated Semiconductor Structures
22nd International Microprocesses and Nanotechnology Conference
Materials Research Society Meeting
The European Conference on Lasers and Electro-Optics and the XIth European Quantum
Electronics Conference
2009 American Physical Society March Meeting
Neuroscience 2009
13th International Conference on Silicon Carbide and Related Materials
Silicon Nanoelectronics Workshop
International Symposium on Nanomedicine
17th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
Asia-Pacific Workshop on Fundamental and Application of Advanced Semiconductor Devices
8th International Conference on Nitride Semiconductor
The 22nd Annual Meeting of the IEEE Photonics SocietyInternational Union of Physiological Science 2009SPIE Photonics West 2009
International Symposium on Nanoscience and Quantum Physics 2009
The 9th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity
Emergent Phenomena in Quantum Hall Systems 3
The 9th European Conference on Applied Superconductivity
The 36th International Symposium on Compound Semiconductors

件数
42
24
17
9
7
6
6
6
6
5
4
4
4
4
4
4
4
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )51

国際会議招待講演一覧 (2009)
I. 機能物質科学関連

52

(1)

H. Omi, H. Kageshima, S. Uematsu, T. Kawamura, Y. Kobayashi, S. Fujikawa, Y. Tsusaka, Y.
Kagoshima, and J. Matsui, "Stability-instability transition of reaction fronts in thermal silicon oxidation",
Symposium on Surface and Nano Science 2009, Shizukuishi, Japan (Jan. 2009).

(2)

Y. Taniyasu and M. Kasu, "Recent progress in AlN deep-UV light-emitting diodes: physics and device
structure", SPIE Photonics West, San Jose, U.S.A. (Jan. 2009).

(3)

M. Kasu, "Nitride semiconductors and diamond", Ambient GCOE Research Exchange Seminar, "WideGap Semiconductor; the presence and its future" Waseda Univ, Japan. (Mar. 2009).

(4)

M. Kasu, K. Ueda, Y. Taniyasu, and K. Michal, "Progress of diamond semiconductor technologies:
doping and heterostructures", 3rd Industrial Diamond Conference, Paris, France (Apr. 2009).

(5)

H. Omi, T. Kawamura, and Y. Kobayashi, "Advanced SOI interface characterization using grazing
incidence X-ray diffraction", 215th The Electrochemical Society Meeting, San Francisco, U.S.A. (May2009).

(6)

D. Takagi, Y. Kobayashi, and Y. Homma, "Single-walled carbon nanotube growth from nanosized
diamond particles by chemical vapor deposition", New Diamond and Nano Carbons Conference 2009,
Traverse City, Michigan, U.S.A. (June 2009)(7)

S. Suzuki and Y. Kobayashi, "Defect engineering in single-walled carbon nanotubes", 25th International
Conference on Defects in Semiconductors, St.Petersburg, Russia (July 2009).

(8)

K. Torimitsu, "Effect of Mg2+ on rat neural activity in vitro", 12th International Magnesium Symposium,Lasi, Romania (Sep. 2009).

(9)

H. Hibino, H. Kageshima, and M. Nagase, "Structure and electronic properties of epitaxial graphenegrown on SiC studied by surface electron microscopy", 22nd International Microprocesses andNanotechnology Conference, Sapporo, Japan (Nov. 2009).

(10)

K. Furukawa, "Supported lipid bilayer formation at interface", International Symposium on
Nanomedicine, Okazaki, Japan (Nov. 2009).

(11)

M. Kasu, "Ultimate widegap semiconductors: diamond and aluminum nitride", Joint NTUU "KPI" andNTT seminar, Kiev, Ukraine (Nov. 2009).

(12)

K. Torimitsu, "Understanding receptor protein structure and functions for biomimetic device", 3rdInternational Symposium on Nanomedicine, Okazaki, Japan (Nov. 2009).

(13)

H. Hibino, H. Kageshima, and M. Nagase, "Microscopic evaluations of structure and electronic
properties of epitaxial graphene", 7th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New
Materials and Devices, Hawaii, U.S.A. (Dec. 2009).

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )II. 量子電子物性関連(1)

K. Muraki, "Spin-dependent phase diagram in bilayer 2D electron systems", APS March Meeting 2010,
Oregon, U.S.A. (Mar. 2009).

(2)

M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, and H. Yamaguchi, "Novel microscopies for graphene on SiC",
2009 RCIQE (Research Center for Integrated Quantum Electronics) International Seminar, Sapporo, Japan(Mar. 2009).

(3)

H. Yamaguchi, "Micro/Nanomechanical systems based on compound semiconductor heterostructures",
Frontiers in Nanoscale Science and Technology 2009 (FNST 2009), Boston, U.S.A (May 2009).

(4)

K. Muraki, "New lights on the ground-state phase diagrams of bilayer electron systems", Emergent
Phenomena in Quantum Hall Systems 3 (EPQHS-3), Capannori (Lucca), Italy (Jun. 2009).

(5)

M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, and H. Yamaguchi, "Metrology of microscopic propertiesof graphene on SiC", 2009 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced
Semiconductor Devices, Busan, Korea (Jun. 2009).

(6)

H. Yamaguchi,"Heterostructure-based micro/nanomechanical systems", The 18th International
Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS), Kobe, Japan (Jul. 2009).

(7)

K. Semba, J. Johansson, K. Kakuyanagi, H. Nakano, S. Saito, H. Tanaka, and H. Takayanagi, "Quantum
state control, entanglement, and readout of the Josephson persistent current qubit", Solid State Based
Quantum Information Processing 2009 (QIP 2009), München, Germany, (Jul. 2009).

(8)

H. Yamaguchi, "Compound semiconductor micro/nanomechanical systems", 8th Topical Workshop on
Heterostructure Microelectronics (TWHM2009), Nagano, Japan (Aug. 2009).

(9)

A. Fujiwara, K. Nishiguchi, and Y. Ono, "Single-electron devices based on silicon nanowire MOSFETs",
10th Trends in Nanotechnology International Conference (TNT 2009), Barcelona, Spain, (Sep. 2009).

(10)

A. Fujiwara, K. Nishiguchi, and Y. Ono, "Silicon nanowire MOSFETs and their application to singleelectron device", International Conference on Nanoscience and Technology, China 2009 (ChinaNANO
2009), Beijing, China (Sep. 2009).

(11)

Y. Ono, M. Khalafalla, S. Horiguchi, K. Nishiguchi, and A. Fujiwara, "Identification of single boron
acceptors in nanowire MOSFETs", 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM 2009), Sendai, Japan (Oct. 2009).

(12)

I. Mahboob and H. Yamaguchi, "Electromechanical systems for memory and logic devices", 2009
International Conference on. Solid State Devices and Materials (SSDM 2009). Sendai, Japan, (Oct. 2009).

(13)

H. Kageshima, H. Hibino, and M. Nagase, "Epitaxial graphene growth using LEEM and first-principles",13th International Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ICSCRM 2009), Nürnberg,
Germany, (Oct. 2009).

(14)

K. Semba, "Control of entanglement and quantum superposition of superconducting persistent current
qubit few photon system", 22nd International Symposium on Superconductivity 2009 (ISS 2009), Tsukuba,
Japan, (Nov. 2009).

(15)

K. Semba, "Superconducting qubit as an entanglement generator", Quantum Technologies: Information
and Communication (QTIC 2009), Tokyo, Japan (Dec. 2009).

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )

53

(16)

M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, and H. Yamaguchi, "Microscopic characterization of few-layer
graphene on SiC", International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN
2009), Hawaii, U.S.A. (Dec. 2009).

(17)

M. Nagase, H. Hibino, H. Kageshima, and H. Yamaguchi, "Microscopic characterization of few-layer
graphene on SiC using an integrated nanogap probe", 17th International Colloquium on Scanning Probe
Microscopy (ICSPM 17), Izu, Japan (Dec. 2009).

III. 量子光物性関連

54

(1)

M. Notomi, "Manipulating light by ultrahigh-Q nanocavities", Nanomata 2009, Tirol, Austria (Jan. 2009).

(2)

T. Tanabe, A. Shinya, E. Kuramochi, H. Taniyama, and M. Notomi, "All-optical switches and bistabledevices using high-Q photonic crystal nanocavities", SPIE Photonics West 2009, San Jose, U.S.A. (Jan.
2009).

(3)

M. Notomi, "Evolution of modulated mode-gap cavities", SPIE Photonics West 2009, San Jose, U.S.A.
(Jan. 2009).

(4)

K. Tateno, Q. Zhang, and H. Nakano, "Heterostructures in GaP-based free-atanding nanowires on Si
substrates", SPIE Photonics West 2009, San Jose, U.S.A. (Jan. 2009).

(5)

H. Nakano, A. Ishizawa, and K. Oguri, "Dependence of harmonics generation properties on carrierenvelope phase of few-cycle laser field", COAST/CORAL Symposium on Ultrafast Intense Laser Science,
Karuizawa, Japan (Mar. 2009).

(6)

H. Takesue, "Telecom-band entanglement swapping using high-speed singlephoton detectors based on
sinusoidally-gated InGaAs/InP avalanche photodiodes", SPIE Defence, Security + Sensing 2009, Advanced
Photon Counting Techniques III, Orland, U.S.A. (Apr. 2009).

(7)

M. Notomi, "Strong light confinement with and without periodicity", The 8th International Photonic andElectromagnetic Crystal Structures Meeting (PECS-VIII), Sydney, Australia (Apr. 2009).

(8)

H. Takesue, K. Harada, H. Fukuda, T. Tsuchizawa, T. Watanabe, K. Yamada, Y. Tokura, and S. Itabashi,"Silicon photonics in quantum communications", The Conference on Lasers and Electro-Optics and The
Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QELS), Baltimore, U.S.A. (May 2009).

(9)

M. Notomi, "Adiabatic frequency tuning of ultrahigh-Q nanocavities", The 8th International Symposium
on Electrical Transport and Optical Properties of Inhomogeneous Media, Crete, Greek (Jun. 2009).

(10)

T. Honjo, A. Uchida, K. Amano, K. Hirano, H. Someya, H. Okumura, K. Yoshimura, P. Davis, and Y.
Tokura, "Differential-phase-shift quantum key distribution experiment using fast physical random bit
generator with chaotic semiconductor lasers", 18th International Laser Physica Workshop, Barcelona, Spain(Jul. 2009).

(11)

T. Tanabe, M. Notomi, H. Taniyama, and E. Kuramochi, "Recent progress of dynamically tuned photonic
crystal nanocavities", 18th International Laser Physics Workshop, Barcelona, Spain (Jul. 2009).

(12)

M. Yamashita, M. W. Jack, K. Inaba, K. Igeta, and Y. Tokura, "Gutzwiller study of Bose-Fermi mixtures
trapped in three-dimensional optical lattices", 18th International Laser Physics Workshop, Barcelona, Spain(Jul. 2009).

(13)

M. Notomi, E. Kuramochi, and T. Tanabe, "Manipulating slow light by ultrahigh-Q nanocavites and theircoupled arrays", OSA Topical Meeting on Slow and Fast Light 2009, Honolulu, U.S.A. (Jul. 2009).

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )(14)K. Tawara, S. Hughes, and H. Kamata, "Cavity mode emission in weakly coupled quantum-dot-cavity
system:Photon statistics and mode attraction", Photons and Spins in Nanostructures, Sapporo, Japan (Jul.
2009).

(15)

M. Yamashita, A. Yamamoto, and N. Kawakami, "DMRG study of ultracold fermionic atoms in opticallattices", Workshop on Matrix Product State Formulation and Density Matrix Renormalization Group
Simulations, Kobe, Japan (Aug. 2009).

(16)

H. Taniyama, E. Kuramochi, and T. Tanabe, Y-G. Roh, M. Notomi, "High-Q air-slot photonic crystal
cavities", 9th International Conference on Numerical Simulation of Optoelectronic Devices, Gwangju,
Korea (Sep. 2009).

(17)

A. Shinya, S. Matsuo, K. Nozaki, T. Tanabe, E. Kuramochi, T. Satou, T. Kakitsuka, and M. Notomi, "Alloptical memories based on photonic crystal nanocavities", Photonics in Switching 2009, Pisa, Italy (Sep.
2009).

(18)

M. Notomi, E. Kuramochi, T. Tanabe, and H. Taniyama, "Manipulating slow light by ultrahigh-Q
nanocavites and their coupled arrays", Frontiers in Optics 2009, San Jose, U.S.A. (Oct. 2009).

(19)

H. Nakano, K. Oguri, Y. Okano, and T. Nishikawa, "Dynamics of femtosecond-laser-ablated liquidalminium nanoparticles probed by means of spatiotemporally resolved X-ray-absorpion fine-structure
spectroxcopy", 10th International Conference on Laser Ablation, Singapore, Singapore (Nov. 2009).

(20)

H. Takesue, "Quantum communication experiments using telecom-band entangled photons",
International Conference on Quantum Information and Technology (ICQIT), Tokyo, Japan (Dec. 2009).

(21)

H. Nakano, K. Oguri, and A. Ishizawa, "High-order harmonics of carrier-envelope phase controlled fewcycle laser pulse for time-resolved spectroscopy", 5th Asian Symposium on Intense Laser Science, Hanoi,
Vietnam (Dec. 2009).

(22)

M. Notomi, "Manipulation of light by photonic crystals", International Conference on Quantum
Information and Technologies, Tokyo, Japan (Dec. 2009).

NTT 物性科学基礎研究所の研究活動 Vol. 20 ( 2009 年度 )55

編集 “NTT 物性科学基礎研究所の研究活動”編集委員会
発行

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