半導体量子ドットネットワークにおけるスピン情報伝搬ダイナミクス

• Project/Area Number: 20656001
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 村山 明宏 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (00333906)
• Project Period (FY): 2008 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2010: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2009: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2008: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: スピントロニクス / 半導体物性 / 光物性 / ナノ材料 / スピンダイナミクス / スピンエレクトロニクス

Research Abstract

研究実施計画にしたがい、平成21年に引き続き本年度は以下の研究を実施した。
(1)自己組織化量子ドットと希薄磁性半導体結合構造の微細加工
自己組織化量子ドットと希薄磁性半導体の結合構造を利用して、希薄磁性半導体に光生成した電子・励起子スピンを量子ドット集合体の特定位置に注入するため、電子ビームリソグラフィーにより希薄磁性半導体層の微細加工を行った。その結果、直径200nm程度のメサ構造を作製することができた。さらに、このような自己組織化量子ドットと希薄磁性半導体の結合ナノ構造に対して、磁場中での円偏光顕微発光分光を行い、特定の量子ドット集合体における高い円偏光度を持つ発光スペクトルを観測し、そのスピン注入現象を確認することができた。
(2)自己組織化量子ドットへのスピン注入と量子ドット間スピン伝搬ダイナミクスの分光計測
希薄磁性半導体と結合した量子ドットに対して、円偏光を用いたピコ秒時間分解発光分光により、量子ドットへのスピン注入を示す発光とその円偏光度の時間変化、およびその詳細な励起子エネルギー依存性や励起密度依存性、さらに温度依存性などを測定した。このような測定結果に対して、スピン伝搬ダイナミクスとドット内スピン緩和時定数を取り込んだレート方程式解析を行い、注入されたスピンのドット間伝搬ダイナミクスとドット内スピン緩和ダイナミクスについて明らかにした。その結果、低温領域において主としてトンネル過程によりスピン偏極キャリアが伝搬する場合、スピン緩和は量子ドット内におけるスピン緩和過程に支配される。これに対して、温度が上がってくると、各量子ドット内に局在しているスピンが熱励起されるためドット間を拡散し、このような拡散過程におけるスピン緩和が顕著となる。

Research Products

• [Journal Article] Propagation dynamics of exciton spins in a high-density semiconductor quantum dot system (2009)
  • Author(s): A.Murayama
  • Journal Title: Physica Status Solidi(c) 6 Pages: 50-52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Micro-photoluminescence study of electron-spin injection in self-assembled semiconductor quantum dots (2009)
  • Author(s): K.Hyomi
  • Journal Title: Journal of Luminescence 129 Pages: 1715-1717
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transfer dynamics of spin-polarized excitons into semiconductor quantum dots (2009)
  • Author(s): A.Murayama
  • Journal Title: Journal of Luminescence 129 Pages: 1927-1930
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin-injection dynamics and effects of spin relaxation in self-assemble d quantum dots of CdSe (2008)
  • Author(s): T. Furuta
  • Journal Title: Journal of the Korean Physical Society 53 Pages: 163-166
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Siナノディスク2次元アレイにおけるピコ秒キャリアダイナミクス (2011)
  • Author(s): 木場隆之
  • Organizer: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大(厚木市、神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] バイオテンプレートにより作製したSiナノディスクアレイの発光特性 (2011)
  • Author(s): 水島佳也
  • Organizer: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大(厚木市、神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] InGaN薄膜表面におけるAuナノ構造の作製と光学特性 (2011)
  • Author(s): 中治光童
  • Organizer: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大(厚木市、神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-24
• [Presentation] 半導体量子ドットにおけるスピン注入ダイナミクスの励起スピン密度依存性 (2010)
  • Author(s): 田村宣裕
  • Organizer: 第15回半導体スピン工学の基礎と応用に関する研究会
  • Place of Presentation: 筑波大(つくば市、茨城県)
  • Year and Date: 2010-12-20
• [Presentation] 希薄磁性半導体量子井戸におけるスピン光スイッチの動作特性とスピン緩和 (2010)
  • Author(s): 山崎達誌郎
  • Organizer: 第15畔導体スピン工学の基礎と応用に関する研究会
  • Place of Presentation: 筑波大(つくば市、茨城県)
  • Year and Date: 2010-12-20
• [Presentation] 半導体量子ドットにおけるスピン注入ダイナミクスのバリア膜厚依存性 (2010)
  • Author(s): 田村宣裕
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大(長崎市、長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 希薄磁性半導体量子井戸のスピン光スイッチ特性 (2010)
  • Author(s): 山崎達誌郎
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大(長崎市、長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 希薄磁性半導体ZnMnSeと積層したCdSe自己組織化量子ドットにおける界面原子構造 (2010)
  • Author(s): 村山明宏
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大(長崎市、長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 半導体自己組織化量子ドットへのスピン注入における注入時のスピン緩和 (2010)
  • Author(s): 田村宣裕
  • Organizer: 2010年春季第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 東海大学,神奈川
  • Year and Date: 2010-03-19
• [Presentation] 半導体自己組織化量子ドットにおける高効率スピン注入 (2009)
  • Author(s): 田村宣裕
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学,富山
  • Year and Date: 2009-09-09
• [Presentation] Magnetic semiconductor nanostructures ; toward spin manipulation in semiconductor quantum structures (2009)
  • Author(s): A.Murayama
  • Organizer: International Workshop on Photons and Spins in Nanostructures
  • Place of Presentation: 北海道大学,札幌
  • Year and Date: 2009-07-27
• [Presentation] Transfer dynamics of spin-polarized excitons into semiconductor quantum dots (2008)
  • Author(s): A. Murayama
  • Organizer: The 15th International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matte
  • Place of Presentation: Lyon, France
  • Year and Date: 2008-07-07
• [Presentation] Propagation dynamics of exciton spins in a high-density semiconductor quantum dot system (2008)
  • Author(s): A. Murayama
  • Organizer: The 8th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2008-06-22
• [Book] (量子ドットエレクトロニクスの最前線)自己組織化量子ドットにおける高効率スピン注入とその制御技術 (2011)
  • Author(s): 村山明宏
  • Total Pages: 11
  • Publisher: 株式会社エヌティーエス
• [Remarks]
  • URL: http://processing.ist.hokudai.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://mars-ei.eng.hokudai.ac.jp/