慶應義塾大学理工学部 物理学科

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メゾスコピック系の量子物理学

この講義について

半導体の微細加工によってサブミクロンからナノスケールの系が作製可能となった。 そのような系は、ミクロスコピックとマクロスコピックの中間という意味で メゾスコピックと呼ばれる。メゾスコピック系では電子の量子力学的な性質が 電気伝導特性に現れ、単電子デバイスや量子コンピューターへの応用面からも 注目されている。本講義ではメゾスコピック系の基本的な性質を解説すると ともに、最先端の研究成果を紹介する。 なお本講義は「大学院 特別コース」の一つであり、 (受講者の希望があれば) 英語で講義をおこないます。

講義予定

1. 序
• 2次元電子ガス
• ballistic領域とdiffusive領域
• 磁気抵抗とShubnikov-de Haas振動
• Einsteinの関係式
2. メゾスコピック系における電子の干渉効果
• 半導体微細加工
• Landauerの公式と電気伝導度の量子化
• Aharonov-Bohm (AB)効果、AAS効果、Anderson局在
• 永久電流
• 電気伝導度の普遍揺らぎ
3. 量子ドットにおけるクーロン・ブロッケード
• 微小トンネル接合における帯電効果
• 単電子トランジスター
• Coulomb island の輸送特性
• 人工原子: 半導体量子ドット
• 単電子 turnstile と photon-assisted tunneling
4. 量子計算デバイスに向けて
• 量子ドット結合系 (1) 電荷量子ビット
• 量子ドット結合系 (2) スピン量子ビットの演算
• 超伝導量子ドット
• 量子ビットの制御と演算

参考書

• Y. Imry, "Introduction to Mesoscopic Physics," (Oxford University Press, 1997).
• S. Datta, "ElectronicTransport in Mesoscopic Systems" (Cambridge University Press, 1995).
• 他、授業中に紹介。

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