2018 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 | 単一光子発生 / ナノプレートレット / 位相緩和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有用な単一光子源になり得るGaAs:N中の窒素発光中心に関して、3パルス励起による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過程において、スペクトル拡散がどのような時間領域で起こっているかを知るために、３パルスフォトンエコー法は有効であると期待される。しかし、一般に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い。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も信号を検出することができた。
観測された信号からは、100ps程度の早い時間領域についても、スペクトル拡散の影響があることが示唆された。
より高速な単一光子発生源として期待される半導体ナノプレートレットに関して、低温での単一ナノプレートレットからの単一光子発生が可能になった。
20nm程度の横方向の広がりを持つセレン化カドミウム単一ナノプレートレットについて、温度５Kで非共鳴励起での単一分光を行い、期待されていた発光寿命の大幅な減少と、アンチバンチングを観測した。今後は、単一光子性や発光寿命とナノプレートレットサイズの関係を明らかにするとともに、単一ナノプレートレットの共鳴励起下での光子放出過程やコヒーレンス特性を調べることが必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
フォトンエコー実験に関して、信号は得られるものの、減衰時間などの再現性が低いという問題が起こり、その原因の特定に時間を費やした。結果的に、励起波長の変化に敏感であることは分かったが、まだ原因は十分に絞り込めていない。
遷移金属ダイカルコゲナイドについても実験を進める予定であったが、透明基板上への結晶成長が標準的なシリコン基板上への成長と条件が異なるために困難であり、時間を費やしてしまった。今後、直接成長は諦め、転写の方法を用いる事とした。
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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、３パルスフォトンエコーを用いて、スペクトル拡散のドープ濃度・励起波長・温度等についての依存性等を調べ、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、低温下での共鳴励起実験を行って、単一光子性の検証や、超コヒーレント更新の発生や２光子干渉実験を行う。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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