2018 Fiscal Year Annual Research Report
Control and application of single spin in a semiconductor dot
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16K13612
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
黒田 眞司 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40221949)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 単一スピン / 交換相互作用 / 量子ドット / 顕微分光 / スピン‐歪結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、半導体ドット中に遷移元素の原子1個を含む試料を作製し、ドット中の単一磁性スピンの振舞いを光学的手法により詳細に調べ、その振舞いを制御する手法を開発することにより、単一スピンを用いたメモリー実現への応用可能性を探索することを目標としている。今年度は、昨年度に引き続き、分子線エピタキシー(MBE)法によりCdTe自己形成ドットでドットあたりCr原子1個を含む試料を作製し、顕微フォトルミネッセンス(PL)測定によりドットからの発光スペクトルを測定し、ドット中のCr単一スピンの振舞いに起因する発光特性を詳細に調べた。その結果、以下のことを明らかにした。
(1) ドット中の単一Crスピンの緩和メカニズムについて考察した。ポンプ・プローブ測定により見積もられるCrスピン緩和時間の励起強度依存性などを詳しく解析した結果、ドット中のCrスピンと正孔のスピンの双方が同時に反転するいわゆるフリップ・フロップがスピン緩和の鍵となる過程であり、かつ音響フォノンの媒介が重要な役割を果たしていることが明らかとなった。
(2) ドット試料の発光測定において、Cr原子1個を含むドットと同じような3本の発光線から成るが、偏光依存性などで全く異なる特徴的な振舞いを示すスペクトルを見出した。この起源として、Crイオンがドットの外部に存在し、その価数の揺らぎにより励起子のエネルギーが分裂するというモデルを考察し、実際に測定結果を説明できることを示した。
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