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Investigation of the electron and nuclear spin dynamics in quantum Hall regime by spatial and time resolved magneto-optical Kerr measurement

Research Project

Project/Area Number 25287069
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypePartial Multi-year Fund
Section一般
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

Oto Kenichi  千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30263198)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) NAKAJIMA Makoto  大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 准教授 (40361662)
Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha) MINO Hirofumi  千葉大学, 普遍教育センター, 准教授 (40323430)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2013: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Keywords量子ホール効果 / スピン / Kerr回転 / 核スピン偏極 / イメージング / Kerr効果
Outline of Final Research Achievements

We developed the magneto-optical Kerr rotation imaging system operating below 0.5 K by using dilution refrigerator to investigate the electron spin polarization in quantum Hall (QH) regime. The dynamic nuclear polarization (DNP) by the QH breakdown current and the dynamics of DNP relaxation were studied by means of the spatial and time resolved Kerr rotation measurements. The spatial pattern of the QH breakdown current can be imaged as a DNP distribution profile. We also investigated the electron spin polarization in GaAs/AlGaAs HEMT structures, where the extent of Kerr rotation angle is negligibly smaller than that in the quantum well structures, by using Sagnac interferometer. We confirmed the electron spin polarization at the filling factor 3 can be evaluated by the Kerr rotation measurement with the electron density modulation. We also studied the electron transport near the edge channels in QH regime under the optical vortex irradiation.

Report

(4 results)
  • 2015 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (42 results)

All 2016 2015 2014 2013 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (35 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Ajou University(韓国)

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      Chiashain Chuang, Masahiro Matsunaga, Fan-Hung Liu, Tak-Pong Woo, Li-Hung Lin, Kenichi Oto, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang and Nobuyuki Aoki
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 108 Issue: 12 Pages: 123105-123105

    • DOI

      10.1063/1.4944637

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    • Author(s)
      S. Kamimura, A. Date, M. Nakajima, G. Karczewski, T. Wojtowicz, J. Kossut, T. Tsuchiya, and H. Mino
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 84 Issue: 10 Pages: 104704-104704

    • DOI

      10.7566/jpsj.84.104704

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    • Author(s)
      T. Kurihara, K. Nakamura, K. Yamaguchi, Y. Sekine, Y. Saito, M. Nakajima, K. Oto, H. Watanabe, and T. Suemoto
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 90 Issue: 14 Pages: 144408-144408

    • DOI

      10.1103/physrevb.90.144408

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    • Author(s)
      T. Kurihara, K. Nakamura, K. Yamaguchi, Y. Sekine, Y. Saito, M. Nakajima, K. Oto, H. Watanabe, and T. Suemoto
    • Journal Title

      Proc. Int. Conf. Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz)

      Volume: 1 Pages: 1-2

    • DOI

      10.1109/irmmw-thz.2014.6956186

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      K. Kitahara, K. Oto, M. Nakajima, and K. Muro
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 84 Issue: 12 Pages: 126102-126102

    • DOI

      10.1063/1.4842275

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      日本物理学会 第71回年次大会(2016年)
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      東北学院大学 泉キャンパス(宮城県・仙台市)
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      2016-03-19
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      栗原貴之, 渡邊浩, 軽部修太郎, 音賢一, 大谷義近, 中嶋誠B, 末元徹
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      日本物理学会 第71回年次大会(2016年)
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      東北学院大学 泉キャンパス(宮城県・仙台市)
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      2016-03-19
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      矢ヶ崎慶, 音賢一, 三野弘文, 尾松孝茂, 平山祥郎, 熊田倫雄
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      日本物理学会 第71回年次大会(2016年)
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      東北学院大学 泉キャンパス(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19
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      鎌形諒太, 音賢一
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      日本物理学会 第71回年次大会(2016年)
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      東北学院大学 泉キャンパス(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19
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      色部潤, 有海祐伺, 石橋凌駕, 音賢一, 平山祥郎, 熊田倫雄
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会(2016年)
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19
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    • Author(s)
      K. Oto
    • Organizer
      Ajou-Chiba University Symposium
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      Ajou University, Suwon, (Korea)
    • Year and Date
      2015-12-11
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  • [Presentation] Local probing of DNP induced by QHE breakdown current detected by magneto-optical Kerr effect2015

    • Author(s)
      J. Irobe, Y. Ariumi, R. Ishibashi, and K. Oto
    • Organizer
      Ajou-Chiba University Symposium
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      Ajou University, Suwon, (Korea)
    • Year and Date
      2015-12-11
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 光励起による核スピン高偏極3He ガスの直接生成法の開発2015

    • Author(s)
      小堀洋, 丸茂大樹, 小山星児, 深澤英人, 音賢一, 室清文
    • Organizer
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学千里山キャンパス(大阪府・吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
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  • [Presentation] ErFeO3における光誘起スピン再配列相転移ドメインのTHz近接磁場による制御2015

    • Author(s)
      栗原貴之, 渡邊浩, 関根雄大, 斎藤友未, 中嶋誠, 音賢一, 末元徹
    • Organizer
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学千里山キャンパス(大阪府・吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
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  • [Presentation] High frequency accuracy CW THz spectroscopy system using external cavity feedback2015

    • Author(s)
      K. Ando, Y. Iizuka, K. Oto, K. Muro, and M. Nakajima
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      The 2nd Int. Symp. Frontiers in THz Technology
    • Place of Presentation
      アクトシティ浜松コングレスセンター(静岡県・浜松市)
    • Year and Date
      2015-08-30
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  • [Presentation] THz wave responses in two-dimensional metal mesh material with laser-cut structure2015

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      M.Nakajima, Y.Sekine, Y.Saitoh, Y.Okui, B.Kang, K.Takano, K.Oto, and M.Hangyo
    • Organizer
      The 2nd Int. Symp. Frontiers in THz Technology
    • Place of Presentation
      アクトシティ浜松コングレスセンター(静岡県・浜松市)
    • Year and Date
      2015-08-30
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  • [Presentation] THz magnetic control of spin orientation during the laser-induced spin reorientation transition in orthoferrites using split-ring resonators2015

    • Author(s)
      T.Kurihara, H.Watanabe, Y.Sekine, Y.Saitoh, M.Nakajima, K.Oto, and T.Suemoto
    • Organizer
      The 2nd Int. Symp. Frontiers in THz Technology
    • Place of Presentation
      アクトシティ浜松コングレスセンター(静岡県・浜松市)
    • Year and Date
      2015-08-30
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  • [Presentation] Application of Terahertz field enhancement effect in metal microstructures2015

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      M. Nakajima, Y. Tadokoro, K. Takano, T. Kurihara, K. Yamaguchi, H. Watanabe, K. Oto, T. Suemoto, and M. Hangyo
    • Organizer
      The 2nd Int. Symp. Frontiers in THz Technology
    • Place of Presentation
      アクトシティ浜松コングレスセンター(静岡県・浜松市)
    • Year and Date
      2015-08-30
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Magneto-Optical Kerr Effect in GaAs HEMT Devices in the Quantum Hall Conditions2015

    • Author(s)
      R. Kamagata, N. Kiryu, K. Yagasaki, and K. Oto
    • Organizer
      21st Int. Conf. on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2015-07-26
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  • [Presentation] Dynamic Nuclear Spin Polarization in the Quantum Hall Breakdown Observed by Magneto-Optical Kerr Effect2015

    • Author(s)
      Y.Ariumi, J.Irobe, K.Oto, N.Kumada, and Y. Hirayama
    • Organizer
      21st Int. Conf. on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2015-07-26
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  • [Presentation] 磁気光学Kerr効果によるGaAs HEMT構造の電子スピン偏極測定2015

    • Author(s)
      桐生直明,鎌形諒太,音賢一
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
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  • [Presentation] 量子ホール状態におけるグラフェンの磁気キャパシタンス2015

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      舟瀬基,音賢一
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
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      有海祐伺,色部潤,桐生直明,音賢一,平山祥郎,熊田倫雄
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
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    • Author(s)
      板井真琴,音賢一,三野弘文,室清文
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
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    • Author(s)
      久住裕貴,音賢一,大杉克磨,関谷隆夫,中嶋誠
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] カットを入れた2次元金属メッシュ型テラヘルツメタマテリアルによる偏光変化の観測2015

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      関根雄大,齋藤友未,奥井雄一郎, B. Kang,高野恵介,萩行正憲,音賢一,中嶋誠
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 外部共振器を用いた高周波数確度CWテラヘルツ分光システムの開発2015

    • Author(s)
      飯塚悠円, 安藤慶一, 音賢一, 室清文, 中嶋誠
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学 湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
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  • [Presentation] 丸茂大樹, 音賢一, 中嶋誠, 室清文2015

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      1 μm帯における広帯域テーパーアンプの開発
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学 湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
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  • [Presentation] Imaging of Spin Polarized Quantum Hall Current2014

    • Author(s)
      K. Oto, N. Kiryu, Y. Ariumi, R. Kamagata, N. Kumada, Y. Hirayama
    • Organizer
      Joint Symp. Ajou University and Chiba University
    • Place of Presentation
      千葉大学
    • Year and Date
      2014-12-11 – 2014-12-12
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] GaAs HEMT構造における量子ホール電子系のスピン偏極測定2014

    • Author(s)
      桐生直明、鎌形涼太、矢ケ崎慶、音賢一
    • Organizer
      強磁場科学研究会「強磁場が切り拓く物質科学のフロンティア」
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2014-12-04 – 2014-12-05
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  • [Presentation] 量子ホール状態におけるグラフェンの磁気キャパシタス2014

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      舟瀬基、音賢一
    • Organizer
      強磁場科学研究会「強磁場が切り拓く物質科学のフロンティア」
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2014-12-04 – 2014-12-05
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  • [Presentation] 量子ホール効果のブレクダウンによる動的核スピ偏極磁気光学による観測2014

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      有海祐伺、色部潤、音賢一
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      強磁場科学研究会「強磁場が切り拓く物質科学のフロンティア」
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      大阪大学豊中キャンパス
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      2014-12-04 – 2014-12-05
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      東海大学 湘南キャンパス
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      東海大学 湘南キャンパス
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      舟瀬基,中村隆,音賢一
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      第74回応用物理学会秋季学術講演会
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      同志社大学
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      北原 憲,中嶋 誠,音 賢一,室 清文
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      第74回応用物理学会秋季学術講演会
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      同志社大学
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      K. Kitahara, A. Terayama, K. Oto, and K. Muro
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      International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology 2013
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      京都市
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Published: 2013-05-21   Modified: 2022-02-16  

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