2019 Fiscal Year Annual Research Report
Spin manipulation using high power THz pulse
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17H02795
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
森田 健 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30448344)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中嶋 誠 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (40361662)
揖場 聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90647059)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スピン制御 / 高強度テラヘルツパルス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子スピンは，「電荷」と「スピン」の両方の性質を持ち，特に「スピン」の量子力学的な性質を積極的に利用した全く新しいデバイスが実現・提案されている．このような新規デバイスを半導体中で実現するには，半導体中でのスピンの高速制御と長距離輸送が重要な要素技術となる．スピン軌道相互作用を有する半導体中では，スピンをドリフトさせることで内部有効磁場を発現させ，それを利用することでスピンの回転操作が行える． 一方，最近ピーク強度が1 MV/cm にも達する高強度テラヘルツ（THz）パルス発生がパルス面傾斜法といった手法で実現できるようになった．この高強度THzパルスを半導体中の電子スピンに照射すれば，スピンは強い電場を感じて高速ドリフト走行し，上記の原理による高速スピン制御が実現できる．
本研究では，高強度なTHzパルス発生系とスピンの時空間分解光学系を組み合わせた独自の連結光学系を構築し，高強度THzパルス照射下での電子スピンの時空間ダイナミクス計測を行うことである．
2019年度は，ポンプとプローブ光のビームラインに波長切り出し光学系を導入した．波長切り出し系の導入の目的は波長制御だけでなく，100フェムト秒パルスをピコ秒パルスに変換し，試料の損傷を防ぐことも兼ねている．完成した光学系を用いてスピンダイナミクスを観測中に高強度テラヘルツパルスを照射した．スピンが励起されてから13ps後付近にテラヘルツパルスを照射すると、スピン信号に大きな変化が現れた．この時間の周辺で空間分解測定を行うとスピンの空間分布がわずかに動いていることが分かった．これはスピン軌道作用を起源とした有効磁場の回りをスピンが回転し，スピンの信号変調が現れたことを示唆する．結論として，テラヘルツパルスによる2 ps程度という高速時間内でのスピン制御を示唆する結果を得ることに成功した．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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