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笹倉　弘理 (ササクラ　ヒロタカ)

工学研究院　応用物理学部門　固体量子物理工学分野准教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士(工学), 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 量子リング
  • 量子情報
  • コヒーレンス
  • スピントロニクス
  • 量子ドット
  • 半導体量子構造
  • 核スピン
  • ナノワイヤ
  • 異方性交換相互作用
  • 荷電励起子
  • FDTD
  • 金属埋め込み
  • 光子相関測定
  • 単一光子光源
研究分野
  • 自然科学一般, 半導体、光物性、原子物理
  • ナノテク・材料, 光工学、光量子科学
  • ナノテク・材料, 結晶工学
  • ナノテク・材料, ナノ構造物理
  • ナノテク・材料, 応用物性
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2016年10月 - 現在
    北海道大学, 工学研究院, 准教授
  • 2012年01月 - 2016年09月
    北海道大学, 創成研究機構, 特任助教
  • 2008年 - 2011年12月
    北海道大学 電子科学研究所, Research Institute for Electronic Science, 助教
委員歴
  • 2018年04月 - 現在
    電子材料シンポジウム, 論文委員, 学協会
  • 2018年05月 - 2020年03月
    応用物理学会, 北海道支部庶務幹事, 学協会
  • 2010年04月 - 2012年03月
    応用物理学会, 北海道支部会計幹事, 学協会

研究活動情報

■ 受賞
  • 2015年09月, 応用物理学会, 第76回 応用物理学会秋季学術講演会 Poster Award
    First-order single photon interference in unblanced Mach-Zehender interferometer naturally formed by QDinF
    笹倉弘理
  • 2008年04月, 応用物理学会, 第24会応用物理学会講演奨励賞
    核磁場の双安定現象を利用したInAlAs量子ドットの判別
    笹倉弘理
■ 論文
■ その他活動・業績
  • ピラー型微細形状を有するQDinFアレイを用いた光子数状態の生成
    笹倉弘理; 小田島聡; 大宮寛太; 熊野英和, 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 65th, 2018年
  • ピラー型微細形状を有するQDinFにおける相互相関信号による励起子複合体の推定
    笹倉弘理; 小田島聡; 熊野英和, 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 64th, 2017年
  • Single Photon Emission from InAsP Quantum Dots Embedded in Density-Controlled InP Nanowires
    S. Yanase; H. Sasakura; S. Hara; J. Motohisa, Collected Abstract of the 2016 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2016), Tsukuba, Japan, September 26-29, 2016, K-5-02, 499, 500, 2016年09月, ［査読有り］
    英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
  • Density Control of InP-based Nanowires and Nanowire Quanutm Dots
    S. Yanase; H. Sasakura; S. Hara; J. Motohisa, Collected Abstract of the 35th Electronic Materials Symposium (EMS-35), Moriyama, Japan, July 6-8, 2016, Th3-2, 1, 2, 2016年07月, ［査読有り］
    英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
  • ピラー型微細形状を有するQDinFを用いた高純度単一光子状態の生成
    村上大輔; 小田島聡; 中島秀朗; 熊野英和; 笹倉弘理, 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 63rd, 2016年
  • 単一モード光ファイバー直接接合型半導体量子ドットからの双方向単一光子干渉
    石田峻之; 笹倉弘理; 村上大輔; 中田義昭; 武藤俊一, 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 61st, 2014年
  • 超伝導による量子もつれ光子対源の可能性とその展望
    末宗幾夫; 笹倉弘理; 浅野泰寛; 熊野英和, 応用物理, 81, 12, 1029-1033, 1033, 2012年12月10日
    応用物理学会, 日本語
  • Telecommunication band InAs quantum dots and dashes embedded in different barrier materials
    Nahid A Jahan; Claus Hermannstädter; Jae-Hoon Huh; Hirotaka Sasakura; Thomas J Rotter; Pankaj Ahirwar; Ganesh Balakrishnan; Kouichi Akahane; Masahide Sasaki; Hidekazu Kumano; Ikuo Suemune, 2012年02月07日
    We investigate the long wavelength (1.2 to 1.55 micro-m) photoluminescence of

    high-density InAs quantum dots and dashes, which were grown on InP substrates.

    We analyze the temperature dependence of the recombination and carrier

    distribution on the alloy composition of the barrier materials, InGaAlAs, and

    on the existence of a wetting layer. Carrier escape and transfer are discussed

    based on temperature dependent photoluminescence measurements and theoretical

    considerations about the heterostructures' confinement energies and band

    structure. We propose two different contributions to the thermal quenching,

    which can explain the observations for both the quantum dot and dash samples.

    Among these one is a unique phenomenon for high density quantum dot/dash

    ensembles which is related to significant inter-dot/dash coupling. With the

    goal ahead to use these dots and dashes for quantum optical applications on the

    single-dot/dash level in the telecommunication C band as well as at elevated

    temperatures we present first steps towards the realization of such devices., 機関テクニカルレポート，技術報告書，プレプリント等
  • 量子情報通信のための単一光子・量子もつれ光子対光源
    末宗 幾夫; 熊野 英和; 笹倉 弘理, 光学, 40, 9, 472, 477, 2011年09月10日
    応用物理学会分科会日本光学会, 日本語
  • Single InAs quantum dots in metal embedded nano-cone structures emitting in the telecommunication O and C bands (レーザ・量子エレクトロニクス)
    Hermannstaedter Claus; Huh Jae-Hoon; Jahan Nahid A.; SASAKURA H.; AKAHANE K.; SASAKI M.; SUEMUNE I., 電子情報通信学会技術研究報告. LQE, レーザ・量子エレクトロニクス, 111, 186, 65, 70, 2011年08月18日
    In this work we present a way to use high density quantum dots (QDs) as a possible source for single photons and entangled photon pairs by isolating a small number of dots in suitable nanostructures. The used samples contain InAs/InAlGaAs QDs grown on InP substrates by molecular beam epitaxy and exhibit QD emission between 1.2 and 1.6 μm including the telecommunication O and C bands. We investigate the photoluminescence of individual QDs in metal embedded nano-cones at temperatures up to 200 K and thus demonstrate individual dot emission clearly above liquid Nitrogen temperature., 一般社団法人電子情報通信学会, 英語
  • Single InAs quantum dots in metal embedded nano-cone structures emitting in the telecommunication O and C bands (光エレクトロニクス)
    Hermannstaedter Claus; Huh Jae-Hoon; Jahan Nahid A.; SASAKURA H.; AKAHANE K.; SASAKI M.; SUEMUNE I., 電子情報通信学会技術研究報告. OPE, 光エレクトロニクス, 111, 185, 65, 70, 2011年08月18日
    In this work we present a way to use high density quantum dots (QDs) as a possible source for single photons and entangled photon pairs by isolating a small number of dots in suitable nanostructures. The used samples contain InAs/InAlGaAs QDs grown on InP substrates by molecular beam epitaxy and exhibit QD emission between 1.2 and 1.6 μm including the telecommunication O and C bands. We investigate the photoluminescence of individual QDs in metal embedded nano-cones at temperatures up to 200 K and thus demonstrate individual dot emission clearly above liquid Nitrogen temperature., 一般社団法人電子情報通信学会, 英語
  • Exploring spontaneous simultaneous photon-pair generation in semiconductors
    I. Suemune; Y. Asano; K. Tanaka; R. Inoue; H. Takayanagi; H. Sasakura; T. Akazaki; H. Kumano, AIP Conference Proceedings, 1399, 411, 412, 2011年
    英語
  • 超伝導発光ダイオードにおける電子クーパー対の寄与(半導体レーザ関連技術,及び一般)
    笹倉 弘理; 田中 和典; 許 載勲; 赤崎 達志; 熊野 英和; 末宗 幾夫, 電子情報通信学会技術研究報告. LQE, レーザ・量子エレクトロニクス, 110, 353, 39, 42, 2010年12月10日
    超伝導電極を付加した通信波長帯の光子を放出する発光ダイオード構造を作製し,電子クーパー対の発光再結合過程への寄与を調べた.本構造を低電流で駆動させ,発光再結合寿命の温度依存性を測定したところ,超伝導転移温度以下で顕著な短縮効果を確認した.これは超伝導体から半導体へ近接効果により侵入した電子クーパー対が振動子強度を増強したことによるものである., 社団法人電子情報通信学会, 日本語
  • 金属埋め込みInAs量子ドットからの高効率単一光子発生(量子効果デバイス(光信号処理、LD、光増幅、変調等)と集積化技術、一般「材料デバイスサマーミーティング」)
    中島 秀朗; 江国 晋吾; 熊野 英和; 井筒 康洋; 飯島 仁史; 笹倉 弘理; 末宗 幾夫, 電子情報通信学会技術研究報告. OPE, 光エレクトロニクス, 110, 102, 11, 14, 2010年06月18日
    量子情報分野への応用に向けた量子ドットの研究において、量子ドットを含む半導体ピラー構造を金属層中に埋め込む金属埋め込み構造を新規に提案し、その作製を行い、単一光子発生に関して単一光子純度(多光子発生の抑制)・光子取り出し効率の2つの観点から評価を行った。金属埋め込み構造による非共鳴励起下での高純度な単一光子発生、光子取出し効率の向上について報告する。, 社団法人電子情報通信学会, 日本語
  • 金属埋め込みInAs量子ドットからの高効率単一光子発生(量子効果デバイス(光信号処理、LD、光増幅、変調等)と集積化技術、一般「材料デバイスサマーミーティング」)
    中島 秀朗; 江国 晋吾; 熊野 英和; 井筒 康洋; 飯島 仁史; 笹倉 弘理; 末宗 幾夫, 電子情報通信学会技術研究報告. LQE, レーザ・量子エレクトロニクス, 110, 103, 11, 14, 2010年06月18日
    量子情報分野への応用に向けた量子ドットの研究において、量子ドットを含む半導体ピラー構造を金属層中に埋め込む金属埋め込み構造を新規に提案し、その作製を行い、単一光子発生に関して単一光子純度(多光子発生の抑制)・光子取り出し効率の2つの観点から評価を行った。金属埋め込み構造による非共鳴励起下での高純度な単一光子発生、光子取出し効率の向上について報告する。, 社団法人電子情報通信学会, 日本語
  • 核スピンを光で見る・操作する-半導体量子ドットの動的核偏極(最近の研究から)
    笹倉 弘理; 鍜治 怜奈; 足立 智; 武藤 俊一, 日本物理學會誌, 65, 4, 247, 251, 2010年04月05日
    半導体量子ドットは,伝導電子が数ナノメートルの空間に閉じ込められており,原子に類似した離散的なエネルギー準位を実現している.電子がナノメートル領域に安定して局在することで,電子と原子核の間のスピン交換相互作用が増強される.そのため電子エネルギー準位は大きくシフトし,ついには分光スペクトル上にゼーマン分裂を相殺するほどの核磁場シフトが現れる.ここでは量子ドットにおける核磁場の特性と制御・応用に関する最近の研究を紹介する., 社団法人日本物理学会, 日本語
  • 金属埋め込み量子ドットによる高効率単一光子源の検討
    中島秀朗; 江国晋吾; 熊野英和; 熊野英和; 宮村壮太; 加藤大望; 井田惣太郎; 笹倉弘理; 笹倉弘理; 末宗幾夫; 末宗幾夫, 応用物理学関係連合講演会講演予稿集(CD-ROM), 57th, 2010年
  • 2-1 量子ドットを用いた量子計算(2.量子情報処理技術の新展開,<特集>進化する先端フォトニックデバイス)
    武藤 俊一; 足立 智; 笹倉 弘理, 電子情報通信学会誌, 91, 11, 931, 939, 2008年11月01日
    量子ドットに蓄えられた電荷やスピンの情報を,光を用いて制御・読出しを行う量子ビットの可能性について解説.量子計算だけでなく,量子情報処理一般の内容も含む.また量子ドットだけでなく不純物での束縛励起子についても触れる.まず量子計算と量子ビットについて概観した後,特に量子ドットや不純物を光で制御した量子計算の提案について少し詳しく述べる.最後に量子計算に関する筆者らの提案と,MBE成長によるInAlAs自己集合量子ドットを用いた実験の現状,また光と電子の量子ビットを変換するための核磁界の利用の提案と現状について述べる., 社団法人電子情報通信学会, 日本語
  • InAs/GaAs量子リングにおける励起子微細構造分裂の抑制
    定昌史; SURAPRAPAPICH S.; TU C.W.; 林雄二郎; 笹倉弘理; 熊野英和; 末宗幾夫; 末宗幾夫; 足立智; 足立智; 武藤俊一; 武藤俊一, 応用物理学関係連合講演会講演予稿集, 55th, 3, 2008年
  • 超伝導Nb電極によるn-InGaAs発光再結合寿命の短縮
    倉光周平; 笹倉弘理; 田中和典; 田中和典; 赤崎達志; 赤崎達志; 熊野英和; 熊野英和; 末宗幾夫; 末宗幾夫, 応用物理学会学術講演会講演予稿集, 69th, 3, 2008年
  • 31a-V-18 自己集合半導体量子ドットのスピン緩和時間の四光波混合による観測
    綿貫丈雄; 足立 智; 笹倉弘理; 武藤俊一; 宋 海智; 竹本一矢; 臼杵達哉, 応用物理学会, 2005年03月, ［査読有り］
  • 29pYF-14 ヘテロダイン四光波混合法による量子ドットのスピン緩和(半導体スピン物性)(領域4)
    綿貫 丈雄; 足立 智; 笹倉 弘理; 武藤 俊一; 辻見 裕史; 八木 駿郎; 宋 海智; 竹本 一矢; 臼杵 達哉, 日本物理学会講演概要集, 59, 0, 701, 701, 2004年
    一般社団法人 日本物理学会, 日本語
  • 22pPSA-68 四光波混合法による量子ドットのスピン緩和の測定
    綿貫 丈雄; 梅村 雄二; 足立 智; 笹倉 弘理; 辻見 裕史; 八木 駿郎; 武藤 俊一, 日本物理学会講演概要集, 58, 0, 668, 668, 2003年
    一般社団法人 日本物理学会, 日本語
  • 18pYJ-11 自己集合量子ドット列の電子スピンを用いた量子コンピューティング
    笹倉 弘通; 足立 智; 白峰 賢一; 武藤 俊一, 日本物理学会講演概要集, 56, 2, 547, 547, 2001年09月03日
    一般社団法人日本物理学会, 日本語
  • InAs Self-Assembled Quantum Dots Coupled with GaSb Monolayer Quantum Well
    YAMAGUCHI Masaomi; SUGIYAMA Yoshihiro; NAKATA Yoshiaki; OHSHIMA Toshio; SASAKURA Hirotaka; MUTO Shunichi; AWANO Yuji; YOKOYAMA Naoki, Extended abstracts of the ... Conference on Solid State Devices and Materials, 2000, 318, 319, 2000年08月28日
    英語
■ 主な担当授業
  • 応用物理学特別講義一, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 量子物理学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 応用物理学特別講義一, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 量子物理学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • ナノ・テクノロジー入門, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 応用数学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 応用数学演習Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
■ 所属学協会
  • 日本物理学会
  • 応用物理学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 半導体単一光子源における光子波長均一化と並列駆動による多光子状態の実現
    科学研究費助成事業
    2023年04月01日 - 2026年03月31日
    小田島 聡; 笹倉 弘理; 鍜治 怜奈
    本研究では高純度かつ十分に波長制御された個数状態光を、安定的に長期間供給する光子源を実現することを目的としている。発光源材料として半導体QD試料を用いるが、QD試料に微細加工を施すことで巨視的数のQD群から少数個のQDを抽出することを可能にし、これにより安定的な個数状態光を実現する。波長制御においてはQD微細構造に金属共振器構造を付加することにより、ある特定の波長域にある個数状態光のみフィルタリングする。更には応力印可によるQD発光波長および共振波長のコントロールを試みる。このように作製された波長均一性が高い光子源を並列駆動し位相制御することで、複数の光子源をまたぐ量子相関光子状態を実現することを最終的に目指す。研究計画のうち、「金属共振器構造の作製とその構造最適化」と「発光波長・共振波長のチューニング技術の確立」の2点は、それぞれ研究期間前期・後期における重要課題である。前者「金属共振器構造」についてはn-GaAs半導体試料上にAu半透過膜とAl2O3誘電体層によるファブリ・ペロー型共振器を作製することで、共振器による波長選択性を検証した。本構造により波長選択性は確認されたものの、フィルタリングによる制限帯域幅・透過光強度において十分な結果が得られたとは言えず、今後更なる考察と共振器構造の最適化が必要である。これに対し「発光波長のチューニング」においては、PMN-PT圧電素子を用いたGaAsQD光子源を作製することで、応力印可により最大4.5meV程度の発光エネルギーシフトを得るに至っている。本内容については、令和5年度において学会発表1件・国際会議発表1件を行った。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 23K03951
  • 量子ドットでの核スピン分極３重安定性の検証と核四極子効果を含む統一モデルの構築
    科学研究費助成事業
    2021年04月01日 - 2024年03月31日
    足立 智; 鍜治 怜奈; 笹倉 弘理; 俵 毅彦
    単一量子ドットに適用可能なＮＭＲ測定系の構築，電子－核スピン結合系の数値シミュレーション，核スピン分極の三重安定状態の実験的調査を行った．ＮＭＲ測定で核四極子相互作用について直接的に調べるため，試料に効率よくRF磁場を照射するための電気回路が必要であった．簡易な遺伝的アルゴリズムでは回路が最適化できなかったため，整合を取らずに高周波アンプでRF磁場を増幅する手法を選択した．現在は，複数の任意波形発生器を用いた測定シーケンスの実装を行っている．数値シミュレーションでは，異常ハンル効果が発現する条件を探るため，核四極子相互作用の主軸分布に着目した計算を実装した．計算から，結晶成長方向から大きくずれた主軸や相互作用の二軸性が異常ハンル効果の発現に必要であるという画期的な結果を得た．また異常ハンル効果の時間分解測定を行い，従来モデルでは説明できない結果を得てモデルを再考し，横磁場および縦磁場配置でこれまでに得た時間分解・定常発光測定データの両方を矛盾なく説明できる統一モデルを構築できた． 核スピン分極の三重安定性は理論的に予言されただけであったため，実験的な観測を目指して定常発光測定を行った．提案理論では電子－核スピン間の相関時間が非常に重要であるため，実験では試料温度の変化からこれの制御を試みた．実験結果は相関時間が制御されたことを示唆したが，三重安定性の発見には至らなかった．一方で，相関時間の変化に伴って核スピン分極の双安定曲線が一重から二重なる様子を初めて観測した．


    構築した新規モデルでは異常ハンル効果が起きるVoigt配置だけでなく，Faraday配置で観測される核スピン分極の双安定性，三重安定性も再現できることを確認した．これにより初期の目的が1年目で達成できたと言える．この成果は２つの論文として投稿予定で，現在準備中である．
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 21H01745
  • 単一光子エンタングルメントを介したスピン間制御
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2020年04月 - 2024年03月
    笹倉 弘理
    本研究課題は量子ネットワークの形成に向けた基盤技術として, 現行の光通信網と整合性が良く, 統計的・エネルギー揺らぎを抑制した量子ドット内蔵型光ファイバーデバイスを開発し, 伝送路の不安定性に対する耐性に優れたエンタングルメン伝送路の揺らぎの影響を受ける光子一つと真空場で形成されるエンタングルメントを介した量子テレポーテーションの実験を通して, 伝送路の揺らぎに対する忠実度の影響を精査し, 現行の光通信網を介した量子ノード間制御への展開を図るものである. 初年度及び2年目の実施計画は, 1. クロスニコル型量子ドット結合型光ファイバーデバイス(QDinF)の開発, 2. ナノピラー形状の最適化による単一偏波ファイバーへの光学結合効率の向上と境界面での偏光乱れの抑制, 3. 共鳴励起によるエネルギー揺らぎを抑制した単一光子生成手法の確立である.
    初年度に引き続き, 偏光選択が可能な半導体量子ドット光ファイバーデバイスの開発を実施した. 偏波面を直交させた単一モード偏波ファイバー対に半導体量子ドットを装着した際に生じる消光比の低下を抑制するため, 半導体量子ドット成長膜表面へのワイヤーグリッド偏光子の形成を行った. 消光比の向上には, 偏光子の多層化が有効であることが予想されることから, 本年度は2層構造のワイヤーグリッドを作製し, 消光比を実測した. 典型的なインジウムヒ素/ガリウムヒ素量子ドットの発光波長である1マイクロメートルを対象として, ワイヤーグリッドを構成する金属の厚さ・幅, 周期, ワイヤーグリッド層間の厚さなどの構造を厳密結合波解析法による数値シミュレーションと実測結果を踏まえ検討した. ガリウムヒ素表面に2層構造のワイヤーグリッドを形成した結果, 500:1の消光比を実測した.
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 20H02555
  • 高純度かつ高耐性な単一光子発生源の探求
    科学研究費助成事業 基盤研究（Ｃ）
    2017年04月 - 2020年03月
    小田島聡
    文部科学省, 競争的資金
  • 量子ドット内蔵光ファイバーを用いた光子を介する遠隔電子スピン間制御
    科学研究費助成事業 基盤研究（Ｂ）
    2016年04月 - 2020年03月
    笹倉弘理
    文部科学省, 研究代表者, 競争的資金
  • 固体光源から発生する光子対の量子もつれに関する研究とその量子情報応用
    科学研究費助成事業
    2012年05月31日 - 2017年03月31日
    末宗 幾夫; 赤羽 浩一; 熊野 英和; 笹倉 弘理
    本研究では、これまで進めてきた金属埋め込み構造による単一光子発生と単一光子純度の向上、光子取り出し効率の増大量子もつれ光子対の同時生成に関する研究とその量子情報応用に関する検討を進める。
    本年度は特に長距離の量子情報通信で重要な単一光子発生純度の向上に向けて、これまで用いられてきた理論的な評価方法に根本的な問題点があることを指摘し、新たな評価方法を提示した。これによって、単一光子純度を示す２次の相関関数の値g(2)(τ=0)の値として、発光波長950nm帯のInAs/GaAs系量子ドットを使って世界最低レベルの0.003を実現した。さらにこれをナノコーン構造に加工して金属（銀）に埋め込むことにより、ごく最近光子取り出し効率として24%と高い量子効率を実現した。また発光波長1550nm帯のInAs/InP系量子ドットを銀の中に埋め込み，30倍以上の発光増強を確認し、現在その光子取り出し量子効率の絶対値の見積もりを進めている。
    超伝導体から電子クーパー対を半導体量子ドットへ注入し、電子対の同時再結合により量子もつれ光子対の同時発生を目指す研究は、これまで量子井戸構造の評価にとどまっていた。本年，一度に一対の光子対を生成するのに欠かせない量子ドット構造を含むn型ドープ半導体構造に電子クーパー対を注入し、超伝導体に近接するバリア層において電子クーパー対の発光再結合による発光増強の再現に成功した。現在量子ドットへの電子クーパー対注入の確認実験を進めている。
    量子ドットから光子対を同時生成するもう一つの方法として、微小光共振器を用いる方法が提案されている。我々の提案する金属埋め込み構造は、発生した光子対を同じ確率で表面から取り出すことができ量子情報に応用しやすい特長を持つ。本年度，金属埋め込み構造としては世界最高の共振Q値7000を観測し，現在さらに検討を進めつつある。
    日本学術振興会, 基盤研究(S), 北海道大学, 24226007
  • 光ファイバー量子ビットデバイスを用いた量子シミュレータの基盤技術開発
    戦略的情報通信研究開発推進事業（ＳＣＯＰＥ）若手ＩＣＴ研究者等育成型
    2014年04月 - 2017年03月
    笹倉弘理
    総務省, 研究代表者, 競争的資金
  • 位相不変量をもつスピン現象の理論研究及びその応用デバイスの設計
    科学研究費助成事業
    2012年04月01日 - 2015年03月31日
    近藤 憲治; 海住 英生; 笹倉 弘理
    スピン量子十字構造素子なるものを提案し、それをモデルデバイスとして、スピン伝導の計算を行った。本研究課題では、近年話題になっているバルクとしては絶縁体で、表面は金属であるという奇妙な性質を有するトポロジカル絶縁体を電極に用いた場合のスピンコンダクタンスを計算した。トポロジカル絶縁体のバンド構造は、時間反転対称性で決まっているため、これを制御するために、表面に時間反転対称性を破る磁性絶縁体を蒸着したモデルを考え、その磁化の関数として、スピンコンダクタンスを計算した。その結果、磁化によって、スピンコンダクタンスを制御することが可能であることが分かり、新規なスピン素子として有望である事が判明した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 24560001
  • 半導体ナノワイヤを用いたナノ発光素子の作製
    科学研究費補助金 基盤研究（Ｂ）
    2012年04月 - 2015年03月
    本久順一
    文部科学省, 競争的資金
  • 金属微小光共振器埋め込み量子ドットにおける電子—光子状態変換に関する研究
    科学研究費補助金 基盤研究（Ａ）
    2009年04月 - 2012年03月
    末宗幾夫
    文部科学省, 競争的資金
  • 金属―半導体界面を応用した950nm帯1550nm帯光子生成プロセス制御の研究
    科学研究費助成事業
    2012年 - 2012年
    末宗 幾夫; 熊野 英和; 笹倉 弘理
    本研究では、(1)量子ドットの金属埋め込み構造による光子取り出し効率のさらなる増大を目指して、埋め込み構造の形状最適化、金属半導体界面の絶縁膜の最適化を、FDTDシミュレーションとその実験的検証により進める,(2)金属埋め込み微小共振器構造における共振モードによるパーセル効果の検討を進める,(3)金属-半導体界面で発生する表面プラズモンポラリトン(SPP)について、その光吸収による損失を低減する観点、ならびにその局在化した光場による光学双極子遷移確率を増大させる観点の双方から検討を進める,(4)InAs/GaAs系量子ドットによる950nm帯、InAs/lnP系量子ドットによる1300nm帯と1550nm帯における単一光子発生効率と単一光子純度の向上、ならびに遷移確率の増大による発光寿命の短縮を検討する,(5)金属埋め込み微小光共振器を用いた量子もつれ光子対の同時発生に関する新たな試みを進める,等を目指して4月,5月と研究を進めていた。しかし6月により高度な量子もつれに関する基盤S研究「固体光源から発生する光子対の量子もつれに関する研究とその量子情報応用」の内定をいただき,そちらに研究をシフトさせることとした。その間2ヶ月と短期間であったために,大きな進展は無い。しかし量子ドットの金属埋め込み構造の新たな製作方法に取り組み,光子取り出し部分の半導体表面を平坦化する新たな作製方法を検討して,現在その見通しがたちつつある。これは光子取り出し効率を増大するためには重要な成果であり,今後基盤Sの研究推進の礎ともなる。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 24246051
  • フーリエ分光法に基づく量子ドットで発生する単一光子の偏光状態測定装置の開発
    科学研究費補助金 若手研究（Ｂ）
    2008年04月 - 2010年03月
    笹倉弘理
    文部科学省, 研究代表者, 競争的資金
  • 半導体量子構造を用いた量子演算に関する研究
    科学研究費助成事業
    2002年 - 2003年
    笹倉 弘理
    半導体量子ドットは量子演算を行う素子として注目を集めている。しかし、その物性に関してまだ未知な部分が多く残されおり、特に量子演算において重要な、演算可能時間及びステップ数を決める電子のスピン緩和について、実験的検証が済んでいない状況であった。
    非対称3重結合量子ドットにおける2電子間の相互作用を数値計算により求めた。この結果から2電子間のクーロン相互作用によって量子演算エラーが生じる可能性があることが解り、そのエラーを抑制するための設計指針を得た。またこの指針をもとに3重結合量子ドットをデザインし、独自の量子ゲートの動作を密度行列の時間発展により確認した。
    分子線エピタキシー結晶成長装置により多重結合量子ドットを作製し、光学的な評価により量子演算動作可能時間を与えるデコヒーレンスの静的及び動的な要因について調査した。量子ドット中のキャリアに関する様々な緩和過程を測定するための試料(積層量子ドット、InAlAs/AlGaAs QD)を作製した。Alを混入することによる量子ドットの励起子発光の短波長化は結晶性が多少悪くなるものの、位相緩和、スピン緩和を測定する強力な測定法である、四光波混合法といった非線形分光法の適用を可能にするため有効な手段である。780-850nmに励起子発光のある量子ドットを作製した。これは汎用のfs秒Ti : Sappaire pulseレーザが使用できる領域であり、その結果800ps程度のスピン緩和時間を得た。
    量子ドット内の局在電子スピンを量子ビットとして用いる場合、静的なデコヒーレンスは一般的に単一スピンの緩和過程が主たる担い手である。一方、量子情報処理時(量子ゲート動作時)のデコヒーレンスについて調べるため、非対称結合量子ドット(InGaAs+InAlAs/AlGaAs QDs)を作製し、円偏光励起の時間分解測定によりスピン緩和時間を調べた。量子ドット間の結合の強さを変えた試料を作製したところ、InGaAs量子ドット中のキャリアスピンは結合が強いと早く緩和(3ns〜1ns)した。この現象はDresselhaus効果に起因するものと考えられ、波動関数の対象性からInAlAs量子ドットの基底準位とInGaAs量子ドットの励起準位の間で生じる現象であり、基底準位間の共鳴励起による制御には直接効いてこない。この種の緩和を抑制する制御手法の設計指針を得た。
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 北海道大学, 02J00316
■ 産業財産権
  • 量子もつれ光子対発生素子および量子もつれ光子対発生方法
    特許権, 赤崎達志; 末宗幾夫; 笹倉弘理; 熊野英和
    特願2013-099881, 2013年05月10日
    特許6057373