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; 2024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

• Y. Zhang, M. Kato, R. Sakano, and M. Eto, "Numerical simulation of quantum dot interferometer in Kondo regime," Journal of the Physical Society of Japan 93, 024702 (2024) ; OPEN ACCESS.
• 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、准教授]

●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.

• Rui Sakano, Tokuro Hata, Kaiji Motoyama, Yoshimichi Teratani, Kazuhiko Tsutsumi, Tomonori Arakawa, Meydi Ferrier, Richard Deblock, Mikio Eto, Kensuke Kobayashi, and Akira Oguri, "Kondo Temperature Evaluated from Linear Conductance in Magnetic Fields," Physical Review B 108, 205147 (2024).
• 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).

●2重量子ドットにおける超伝導ダイオード効果

• Go Takeuchi and M. Eto, "Superconducting Diode Effect in Double Quantum Dot Device," Journal of the Physical Society of Japan 94, 054701/1-10 (2025); OPEN ACCESS.
  • 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; 紹介文。
  • JPS Hot Topicsの 記事ページ.

●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)
• 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) [注目論文(Papers of Editors' Choice)].
• 奥山倫, 博士論文 (2013年)
• 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
• 植田暁子, 博士論文 [現在、 産業技術総合研究所、主任研究員]

●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).

●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。