慶應義塾大学理工学部

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江藤　幹雄

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4年生の卒業研究について

1. 固体物理学、物質科学
2. メゾスコピック系、半導体ナノ構造の物理学
3. 量子ドットにおける電子状態、伝導特性、近藤効果、 スピン制御の研究

原子・分子のミクロな世界の物理法則は「量子力学」で記述され、 電子は波と粒子の両方の性質を示します。 メゾスコピック系では、電子の量子力学的性質を反映した新しい物理現象が 次々と見つかっています。現在活発に研究がおこなわれている 物性物理学のフロンティアです。

ナノスケールの小さな箱、量子ドット、 に電子をつめる。すると電子は離散的なエネルギー準位を下から占有して 「人工原子」が作られます。人工原子の電子状態、電気伝導特性、近藤効果など の研究に、特に力を入れています。

電子はスピンという小さな磁石の性質を持ちます。人工原子のスピンを 制御する研究は、量子コンピューター やスピントロニクスへの応用に とっても重要です。そんな未来の技術のための基礎研究を理論面から おこなっています。

• パリティ物理教科書シリーズ「量子力学 I」(丸善、2013年10月30日発行):
  学部生向けの量子力学の教科書です。量子力学の原理については同シリーズの 「量子力学入門」に譲って、"使える量子力学"の解説に努めました。 内容は一般的な量子力学のテキストとほぼ同じですが、 講義や演習の経験から、学生の皆さんがつまずきそうな箇所を丁寧に説明した つもりです。各章末のコラムでは量子力学の周辺の話をしました。 量子ドット、量子コンピューターなど、私の研究に関連する最近の話題も 取り入れました。
  「量子力学I」の正誤表(1) (2015年10月)、 正誤表(2) (2016年10月; 2019年4月にアップデート)。間違いを見つけたら教えてください。 正誤表(2)に追加します。

• 物性若手夏の学校（妙高高原、2005年8月）でのセミナー 「半導体量子ドットの物理学〜近藤効果を中心に〜」のテキスト: PDFファイル [物性研究 85, 853 (2006) に掲載].

• 江藤幹雄,「半導体中のスピン軌道相互作用入門」 (雑誌「固体物理」の連載記事、全3回): (その1) 43, 145 (2008年3月号)、 (その2) 43, 197 (4月号)、 (その3) 43, 397 (7月号): PDFファイル1、 2、 3.

• 雑誌「固体物理」の会議だより 「国際ワークショップ: ナノスコピック輸送現象における相互作用と 干渉効果」(43, 371, 2008年6月号)。 メゾスコピック系物理学の最新の研究状況についてのまとめ: PDFファイル.

●量子ドットにおける近藤効果 (1) ABリング中の量子ドット系

• Y. Zhang, R. Sakano, and M. Eto, "Kondo Effect and Phase Measurement in Double Quantum Dot in Parallel," Journal of the Physical Society of Japan 91, 014703 (2022); OPEN ACCESS.
• M. Eto and R. Sakano, "Fano-Kondo resonance versus Kondo plateau in an Aharonov-Bohm ring with an embedded quantum dot," Physical Review B 102, 245402 (2020); OPEN ACCESS.
• R. Yoshii and M. Eto, "Scaling analysis of Kondo screening cloud in a mesoscopic ring with an embedded quantum dot," Physical Review B 83, 165310 (2011).
• R. Yoshii and M. Eto, "Scaling Analysis for Kondo Effect in Quantum Dot Embedded in Aharonov-Bohm Ring," Journal of the Physical Society of Japan 77, 123714/1-4 (2008).
• 吉井涼輔, 博士論文 (2012年) [現在、 山口東京理科大学、講師]

●量子ドットにおける近藤効果 (2) 強磁性体リード、複数準位、etc.

• D. Matsubayashi and M. Eto, "Spin splitting and Kondo effect in quantum dots coupled to noncollinear ferromagnetic leads," Physical Review B 75, 165319/1-12 (2007).
• T. Sato and M. Eto, "Numerical Renormalization Group Studies of SU(4) Kondo Effect in Quantum Dots," Physica E 29, 652-655 (2005).
• M. Eto, "Enhancement of Kondo Effect in Multilevel Quantum Dots," Journal of the Physical Society of Japan 74, 95-102 (2005), "Kondo effect--40 years after the discovery".
• S. Sasaki, S. Amaha, N. Asakawa, M. Eto and S. Tarucha, "Enhanced Kondo effect via tuned orbital degeneracy in a spin 1/2 artificial atom," Physical Review Letters 93, 017205 (2004).
• M. Eto and Yu. V. Nazarov, "Enhancement of Kondo effect in quantum dots with an even number of electrons," Physical Review Letters 85, 1306 (2000).
• S. Sasaki, S. De Franceschi, J. M. Elzerman, W. G. van der Wiel, M. Eto, S. Tarucha, L. P. Kouwenhoven, "Kondo effect in an integer-spin quantum dot," Nature 405, 764 (2000).

●カーボンナノチューブのトポロジカル物性

• R. Okuyama, W. Izumida, and M. Eto, "Topological classification of the single-wall carbon nanotube," Physical Review B 99, 115409/1-10 (2019).
• R. Okuyama, W. Izumida, and M. Eto, "Topological Phase Transition in Metallic Single-Wall Carbon Nanotube," Journal of the Physical Society of Japan 86, 013702/1-4 (2017); OPEN ACCESS.

●半導体中のスピン軌道相互作用、半導体ナノ構造によるスピン注入

• S. Souma, A. Sawada, H. Chen, Y. Sekine, M. Eto, and T. Koga, "Spin Blocker Using the Interband Rashba Effect in Symmetric Double Quantum Wells," Physical Review Applied 4, 034010 (2015): 北大、神戸大、NTTとの共同研究。 日刊工業新聞（2015年10/7）。
• T. Yokoyama, M. Eto, and Yu. V. Nazarov, "Anomalous Josephson effect by spin-orbit interaction and Zeeman effect in semiconductor nanowires," Physical Review B 89, 195407 (2014).
• T. Yokoyama, M. Eto, and Yu. V. Nazarov, "Josephson Current through Semiconductor Nanowire with Spin-Orbit Interaction in Magnetic Field," Journal of the Physical Society of Japan 82, 054703 (2013).
• T. Yokoyama and M. Eto, "Generation of spin-polarized current using multiterminal quantum dot with spin-orbit interaction," Physical Review B 86, 205305 (2012).
• M. Eto and T. Yokoyama, "Quantum Dot Spin Filter in Resonant Tunneling and Kondo Regimes," Journal of the Physical Society of Japan 79, 123711 (2010).
• T. Yokoyama and M. Eto, "Enhanced spin Hall effect by tuning antidot potential: Proposal for a spin filter," Physical Review B 80, 125311 (2009).
• M. Eto and and T. Yokoyama, "Enhanced spin Hall effect in semiconductor heterostructures with artificial potential," Journal of the Physical Society of Japan 78, 073710 (2009).
• 横山知大, 博士論文 (2013年) [現在、 大阪大学基礎工学研究科、石原研究室、助教]
• M. Eto, T. Hayashi and Y. Kurotani, "Spin Polarization at Semiconductor Point Contacts in Absence of Magnetic Field," Journal of the Physical Society of Japan 74, 1934 (2005) [注目論文(Papers of Editors' Choice)].
• 江藤幹雄,「量子ポイントコンタクトを用いたスピン注入の方法」 固体物理 40, 955 (2005).

●量子ドット中の電子格子相互作用、光学フォノンレーザーの提案

• R. Okuyama, M. Eto, and T. Brandes, "Lasing and antibunching of optical phonons in semiconductor double quantum dots," New Journal of Physics 15, 083032 (2013).
• R. Okuyama, M. Eto, and T. Brandes, "Optical Phonon Lasing in Semiconductor Double Quantum Dots," Journal of the Physical Society of Japan 82, 013704 (2013).
  • 日本物理学会欧文誌の注目論文 (Papers of Editors' Choice) に 選ばれました。
  • 科学新聞の記事 「二重量子ドットが駆動する光学フォノンレーザー ―慶應大などの研究グループが理論的に予言―」 (2013年1月25日)
• 奥山倫, 博士論文 (2013年) [現在、 明治大学理工学部 物理学科、助教]
• A. Ueda, O. Entin-Wohlman, M. Eto, and A. Aharony, "Phonon Spectroscopy by Electric Measurements of Coupled Quantum Dots," Physical Review 82, 245317 (2010): ベングリオン大学 (イスラエル) との共同研究

●タイプII半導体量子ドット・量子リングにおける光学AB効果

• K. Kyhm, H. D. Kim, R. Okuyama, M. Eto, K. C. Je, R. A. Taylor, G. Nogues, L. S. Dang, A. A. L. Nicholet, M. Potemski, J. S. Kim, and J. D. Song, "Optical Aharhonov-Bohm Oscillations with Disorder Effects and Wigner Molecule in a Single GaAs/AlGaAs Quantum Ring," in "Physics of Quantum Rings," ed. V. M. Fomin (2nd ed., Springer, 2018), pp.231-254: 釜山大学の実験グループとの共同研究
• H. D. Kim, S. Park, R. Okuyama, K. Kyhm, M. Eto, R. A. Taylor, G. Nogues, L. S. Dang, M. Potemski, K. C. Je, J. Kim, J. Kyhm, and J. Song, "Light Controlled Optical Aharhonov-Bohm Oscillations in a Single Quantum Ring," NANO Letters 18, 6188 (2018).
• H. D. Kim, R. Okuyama, K. Kyhm, M. Eto, R. A. Taylor, A. L. Nicolet, M. Potemski, G. Nogues, L. S. Dang, K. Je, J. Kim, J. Kyhm, K. H. Yoen, E. H. Lee, J. Y. Kim, I. K. Han, W. Choi, and J. Song, "Observation of a Biexciton Wigner Molecule by Fractional Optical Aharonov-Bohm Oscillations in a Single Quantum Ring," NANO Letters 16, 27 (2016).
• R. Okuyama, M. Eto, and H. Hyuga, "Optical Aharonov-Bohm Effect on Wigner Molecules in Type-II Semiconductor Quantum Dots," Physical Review B 83, 195311 (2011).
• S. Miyamoto, O. Moutanabbir, T. Ishikawa, M. Eto, E. E. Haller, K. Sawano, Y. Shiraki, and K. M. Itoh, "Excitonic Aharonov-Bohm effect in isotopically pure $^{70}$Ge/Si self-assembled type-II quantum dots," Physical Review B 82, 073306 (2010): 物理情報工学科、 伊藤公平グループとの共同研究

●半導体で作った人工原子 (量子ドット) の電子状態、輸送特性

• 江藤 幹雄,「半導体量子ドットの物理学―人工原子・分子から近藤効果まで―」 数理科学 464, 40-45 (2002).
• M. Eto, "Electronic States and Transport Phenomena in Quantum Dot Systems," Japanese Journal of Applied Physics, 40, 1929 (2001).
• L. P. Kouwenhoven, T. H. Oosterkamp, M. W. S. Danoesastro, M. Eto, D. G. Austing, T. Honda and S. Tarucha, "Excitation Spectra of Circular, Few-Electron Quantum Dots," Science 278, 1788 (1997).

●JST-CREST [量子技術] 量子状態の高度な制御に基づく革新的量子技術基盤の創出: 「半導体非局在量子ビットの量子制御」(研究代表者: 山本倫久) のメンバーです。

●雑誌 「固体物理」(アグネ技術センター) の編集委員を務めています。

●2017年、American Physical Society (米国物理学会) journals の Outstanding Refereeに 選ばれました。