Coherent control of single magnetic spin in semiconductor dots using elastic wave and its application

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21116
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Kuroda Shinji 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40221949)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 単一スピン / 量子ドット / 量子ビット / 表面弾性波

Outline of Final Research Achievements

We have been studying CdTe self-assembled dots (SADs) containing a single Cr atom in order to investigate various properties of single Cr spins in the dots in detail and to realize their application to quantum information processing, especially modulation of Cr spins by lattice distortion. In this study, we fabricated a sample structure that generates surface acoustic waves (SAWs) for CdTe SADs without Cr and verified that the exciton emission spectrum from the dots is modulated by the lattice distortion associated with the SAW generation. We also observed the emission from dots in which Cr is in a different charged state (Cr+) from previous experiments. We investigated their detailed behaviors including dynamics, and found that the spin states of Cr+ have a long relaxation time of 20μs.

Free Research Field

スピントロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

固体中の単一スピンは量子情報処理への応用の観点より注目を集め、種々の系を対象とした研究が行われている。本研究対象の半導体ドット中の遷移元素の原子1個のスピンは、これまでの我々の研究により、比較的長いコヒーレンスを保ち、また格子歪と強く結合することが明らかとなっており、量子ビットとして有望な系である。本研究では、格子歪によるCrスピンの変調の前段階として、Crを含まないドットを対象に表面弾性波による励起子発光の変調を実験的に検証し、またCrの異なる荷電状態におけるスピンの振舞いを明らかにした。これらの成果は遷移元素の単一スピンの量子情報処理への応用の観点から意義を有し、今後の進展が期待される。