Control of nuclear spin polarization by modulations of electron-nuclear correlation time and quadrupole effect in semiconductor quantum dots

• Project/Area Number: 24K08189
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 鍜治 怜奈 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (40640751)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 足立 智 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10221722) ; 小田島 聡 北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (20518451)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2026: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2025: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 核スピン分極 / 四極子効果 / 相関時間 / 量子ドット

Outline of Research at the Start

半導体量子ドットは量子情報における演算・メモリ・通信の全てに対して有望なプラットフォームであるが，局在電子と格子核スピン集団の相互作用が強まるため，量子状態の制御性やメモリ機能の向上には，電子・核スピン結合系の複雑な物理の解明が必要である．標的とするスピン結合系の鍵は電子・核スピン相関時間と核四極子相互作用であるが，本研究では2つの新現象（核偏極の第 3安定状態の発見と面内核偏極の形成）を手がかりとして，キーパラメータの制御を目指す．本研究の成果はスピン結合系での物理解明のみならず，多重安定状態を利用した新規スピンメモリやローノイズ量子ビットの開発，核偏極の3次元制御など，幅広い応用に繋がる．