2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a spin-imaging system using heterodyne detection technique
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19K22139
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
三森 康義 北里大学, 理学部, 教授 (70375153)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 佳宏 上越教育大学, 大学院学校教育研究科, 教授 (50372462)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | ヘテロダイン検波 / スピン / カー回転 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、量子情報通信や記憶素子開発において固体中の電子・核スピンの利用が注目を集めている。そこではスピン軌道相互作用、交換相互作用などを利用し、スピン輸送・伝導によるスピン制御・マクロスコピックな核スピン偏極等がなされ、実空間からのスピンダイナミクスの測定が重要な研究手法となっている。本研究では高感度・短時間イメージング測定を実現するヘテロダイン検波型の光誘起カー回転イメージング分光法の開発を目的としている。本年度は、複数のヘテロダインビートシグナルを安価に効率よく検出する光学系と電気回路の設計・実装を行った。本研究でのヘテロダインカーシグナルの検出はカー回転を検出するプローブ光と波長の異なる参照光を無偏光ビームスプリッタで合波し、その出力の片方を偏光ビームスプリッタに入射させ、縦偏光成分と横偏光成分に空間分離し、それぞれのビートシグナルの振幅の差をロックインアンプで検出する。ロックインアンプの参照シグナルは無偏光ビームスプリッタのもう一つの出力光をディテクタで測定することで作製する。この方法では、プローブパルスを増やすとその数だけロックインアンプが必要となる。このため、参照ビートシグナルとカービートシグナルの電気信号を電気的なフィルターと掛け算回路でDCシグナルに変換することで所望の周波数のカービートシグナルの振幅測定を行う新方式の開発を行った。単純な方法であるが非常に高感度でかつ低ノイズのカー回転測定を行うことが可能となった。この方法でヘテロダインビート周波数の異なるプローブ光の分離に成功し、イメージング測定の基幹部分の開発を終えることができた。また、GaAs系量子井戸においてスピン拡散の一次元方向のカー回転イメージング測定を行った。
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