2022 Fiscal Year Annual Research Report
Coherent control of single magnetic spin in semiconductor dots using elastic wave and its application
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20K21116
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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) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 単一スピン / 励起子発光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、半導体ドット中の単一磁性スピンの種々の振舞いを解明し、さらに格子振動との結合を検証することを目的としている。CdTeドットに束縛された励起子発光の測定により、ドット中のCr原子1個の磁性スピンとの交換相互作用を通じて、単一磁性スピンの種々の振舞いを明らかにし、さらに表面弾性波(SAW)に伴い生じた時間的に変動する格子歪によるCrスピンの変調を検証することを目指して研究を行っている。今年度は、ドット中でCrイオンが正に帯電したCr+状態での荷電励起子X+の発光を対象にさまざまな測定を行い、同状態の単一Crスピンの種々の振舞いを明らかにした。
Cr原子1個を含むCdTeの自己形成ドットにおいては、Cr原子が電気的に中性である2価のイオン(Cr2+)状態のほかに、正に帯電した1価のイオン(Cr+)状態にあると思われる発光も見つかっている。後者の場合は、ドットに束縛された荷電励起子X+からの発光が観測され、そのX+状態のエネルギー準位はCr+との相互作用により分裂し、発光スペクトルは7本以上の発光線から成る。フォトルミネッセンス(PL)測定において、励起レーザーのエネルギーをX+の励起準位に合わせ共鳴励起で発光の時間分解測定を行うことにより、Cr+-X+結合状態のスピンのダイナミックスを調べた。その結果、Cr+状態のスピンの異方性、スピン緩和のチャネル、およびスピン系の有効温度に対するフォノンの影響、などの諸特性を明らかにした。
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