2017 Fiscal Year Annual Research Report
Indistinguishable photon generation by resonant excitation of excitons confined in zero and two dimensions
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17H02909
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
池沢 道男 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30312797)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐久間 芳樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (60354346)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 単一光子源 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
GaAs:N中の窒素発光中心に関して、初めてフォトンエコー信号を得ることに成功した。2光子干渉の明瞭度を悪化させる位相緩和のメカニズムを知ることが重要であるが、その有力な測定法であるフォトンエコー法は信号強度が弱いため、単一光子源として利用可能なような、希薄な濃度で存在する発光中心について信号を取得する事は難しかった。我々は、ヘテロダイン検出法を用いることによって、光学顕微鏡で個別の発光中心を区別できる程度に低濃度のデルタドープ試料について初めて信号を検出することができた。しかし、目的とした長いコヒーレンスと持つ発光中心とは異なる別の種類の発光中心によるフォトンエコー信号であったためか、位相緩和時間は期待されたほどには長くなかった。今後、さらに改良を進め、長いコヒーレンス時間が期待される発光中心について観測を行う必要がある。必要に応じて、多層化した試料での測定も検討する。
半導体ナノプレートに関しては、合成法や測定法の改良を進め、室温での単一ナノプレートの観測が可能になった。セレン化カドミウム単一ナノプレートからの発光について、ブリンキング現象を観測した他、光子相関測定を行い、明瞭なアンチバンチング特性が観測されたことから、確かに単一光子が発生していることが確認された。さらに、低温での共鳴励起の実験を進めるために、温度5Kでの顕微観測も行い、スペクトルの幅の減少の他、ブリンキング的なふるまいを観測することが出来た。この系では、低温で発光寿命の大幅な減少が起こることが期待されており、それを観測することが次の課題である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初使用を予定していたGaAs:Nを含むフォトニック結晶試料に原因不明の劣化が起こり、その対応に時間がかかった。走査型電子顕微鏡観察により、フォトニック結晶構造自体が壊れてはいないにもかかわらず、発光強度が大幅に低下していることが分かった。原因については現在も不明で、フォトニック結晶表面の汚れを除去する処理によっても発光強度を回復させることが出来なかった。
半導体ナノプレートに関しては、室温での光励起によって劣化しないような、質の高い試料の合成する事に時間を要したことが挙げられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
窒素等電子不純物による発光中心について、共鳴光励起条件で励起光の散乱を排除し共鳴蛍光を観察するための光学系の構築と評価を進める。その後、狭線幅のレーザー光による励起を行い、自然幅よりずっと狭い高いコヒーレンスを持った単一光子の発生を試みる。さらにそれを多数個に拡張できるかどうか検討する。
また、フォトンエコー信号の検出成功によって、スペクトル拡散に影響されないコヒーレンス時間の測定が行えるようになったので、これを用いて、コヒーレンス時間のドープ濃度や結晶面方位や励起波長の違い、温度依存性等を調べ、光子の不可弁別性を低下させる位相緩和メカニズムの詳細を明らかにしたい。
もう一つの光源である半導体ナノプレートに関しては、低温下での非共鳴励起の実験を行って、期待されるような発光寿命の短縮が実際に起こるか、単一光子性がどのようにナノプレートサイズに依存するか等を調べる。研究の進展によっては、構造や材料を変え、光通信波長帯に対応するナノプレートの合成を行う。
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