ホームズ マーク/HOLMES Mark

ホームズ マーク 准教授

【研究分野】
ナノ物理・デバイス分野
【研究領域】
量子材料・ナノ構造科学
【研究室URL】
http://www.holmeslab.iis.u-tokyo.ac.jp

研究内容

新たな材料・ナノ構造の光物質について研究しています。特に、量子情報処理の実現に向けて、単一光子源の実現素子とその技術などを開発しています。

単一光子源の開発

量子鍵配送・暗号、真乱数生成、線形光量子コンピューターなどを実現するためには単一光子源を実現する必要があります。このような光子一個一個出すデバイスは、将来、量子情報処理のキーテクノロジーの一つになると考えられます。本研究室では、荒川・岩本研究室との共同研究により、半導体量子ドットを用いた単一光子源の開発を行なっています。

半導体量子ドットは、ディスクリートな状態密度を有するため、単一光子源をはじめとする量子効果を用いたデバイス応用が多数ある。しかしながら、通常用いられている単一半導体ナノ構造(InAs・GaAs量子ドットなど)の量子閉じ込め効果を測定あるいは利用するためには、冷却機(液体Heなど)を用い、低温(4K程度)で実験を行う必要があります。近年、青色発光ダイオードに用いられている窒化ガリウム(GaN)やその他のワイドギャップ半導体などを材用とした量子ドットを利用することにより、より高温で動作するデバイスの実現が可能であることが最近分かってきました。将来、実用的なデバイスを実現するために、このような材料でできたナノ構造の光学特性・基礎物理を研究しています。

先端設備を用いた光学実験

新たな材料科学開拓をはかるため、さまざまなナノ構造に対し、ウルトラファースト・パルス・レーザを用いた光学実験(顕微発光分光法・時間分解分光法・励起発光分光法・フーリエ分光法など)により、その光学特性を包括的に探究することに加え、理論的研究(電子波動関数の計算等)もおこなっています。

学生へのメッセージ

ホームズ研は新しく出来た研究室ですが、世界をリードする研究を目指し、同じ生産技術研究所内に所属する荒川・岩本研究室との共同研究や、海外の研究グループ(イギリス・スペイン・オーストラリアなど)との国際的な共同研究に取り組んでいます。興味がある方は、是非研究室のホームページをご覧ください。

図1:単一GaN量子ドットのTEM写真と単一光子発生簡略図。【荒川・岩本研究室との共同研究】
図2:GaNナノワイヤ量子ドットの室温における単一光子発生及び発光線幅増大メカニズムの簡略図