論文

タイプII量子ドットにおけるウィグナー分子形成、およびその光学アハラノフ・ボームを理論的に明らかにした。タイプII量子ドットでは電子は量子ドットの周りにリングに閉じ込められる。複数の電子間には強い相関効果がはたらき、ウィグナー分子が形成されることを厳密対角化の手法で示した。また、N個の電子のウィグナー分子ではアハラノフ・ボーム振動の周期が1/Nになること、それがフォトルミネッセンスのピーク位置と強度に反映されること、を指摘した。

タイプII量子ドットにおけるトリオン、およびバイエキシトンからのフォトルミネッセンスの磁場依存性を理論的に調べた。この系では電子は擬1次元のリングに閉じ込められ、電子間に強い相関効果がはたらく。その結果、電子はウィグナー分子を形成する。N個の電子のウィグナー分子ではアハラノフ・ボーム振動の周期が1/Nになること、それがフォトルミネッセンスのピーク位置と強度に反映されることを指摘した。

T型２重量子ドットの電気伝導特性における電子格子相互作用の影響を理論的に明らかにした。T型２重量子ドットでは1つのドット（ドット1）が外部リードに接続され、もう1つのドット（ドット2）はドット1とのみトンネル結合している。ドット1でフォノンが放出されても、それは干渉効果の消失（デコヒーレンス）に効かないことを示した。一方、ドット2でのフォノンの放出はデコヒーレンスに効くため、電流測定によるフォノンスペクトロスコピーが可能であることを指摘した。

Ge/Si自己形成型のタイプII量子ドットにおいて、励起子の示すアハラノフ・ボーム効果を光学的に観測した。フォトルミネッセンスのピーク位置、および強度が磁場と共に振動することがわかった。振動の周期から、励起子中の電子がリング内を運動するときのアハラノフ・ボーム効果であることを確認した。

半導体へテロ構造における人工ポテンシャルを利用したスピンフィルターの効率について、現実的なモデルを詳細に調べた。人工ポテンシャルが軸対称から歪んだ場合、位置が３端子デバイスの中心からずれた場合に対してその影響を評価し、スピンフィルターとしての機能が十分保たれることを示した。

アハロノフ・ボームリングに埋め込まれた量子ドットにおける近藤効果をスケーリング法を用いて解析した。リングを貫く磁束依存性、および量子ドットのゲート電圧依存性を明らかにした。

シリコン中にドープされたリンにおける磁気共鳴の電気伝導による測定（Electrically detected magnetic resonance; EDMR）の実験、および理論的解析を報告した。低磁場領域における電子スピン・核スピンのもつれ合った状態の生成、およびその磁場による制御を、感度の優れたEDMRによって初めて観測に成功した。実験で得られたすべての共鳴ピークの位置と強度の磁場依存性、および共鳴ピーク強度の振動磁場の強さ依存性を、理論計算によって定量的に説明した。

半導体へテロ構造において、アンチドットポテンシャルの制御によるスピンホール効果の増大を明らかにした。アンチドットを含んだ３端子、および４端子デバイスに対して数値シミュレーションをおこない、50%以上の高効率のスピンフィルターとして作用することを指摘した。

半導体へテロ構造において、人工ポテンシャルによるスピンホール効果を定式化した。アンチドットやSTMチップで作られる人工ポテンシャルを電気的に制御するとき、共鳴散乱によってスピンホール効果が著しく増大することを示した。

量子ドット・セル・オートマトン中を伝播するキンク・ソリトンの性質を理論的に解明した。連続体モデルを導入することで、解析的なソリトンの関数形を導き、それが数値計算と良く一致することを示した。

ランダムな量子ドットの基底状態のエネルギー分布において、電子相関効果がどのように現れるかを議論した。電子間相互作用を摂動計算によって考慮し、その分布統計への効果を系統的に調べた。また数値計算を実行して、その議論の正当性を裏付けた。この計算結果は、クーロン振動の実験結果と定性的に一致することが分かった。

結合量子ドット系の示す電気伝導特性を、近藤温度以下の低温について理論的に調べた。ドット間の結合とドット・リード間の結合の間の競合が伝導特性の性質を決定すること、ドット間に反強磁性的なスピン結合の効果が存在する場合もその議論は有効であること、を示した。さらに異方性のあるドット分子系についての計算を行った。

半導体量子ドットの示す物理学を理論面を中心に解説した。人工原子および人工分子の性質、近藤効果等を説明した。