2023 Fiscal Year Research-status Report
Control of single spin state by lattice strain and phonon-mediated spin-spin interaction
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20KK0113
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Traore Aboulaye 筑波大学, 数理物質系, 助教 (20837455)
秋山 了太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40633962)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 単一スピン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、フランス国立科学研究センター(CNRS)のネール研究所のL. Besombesらとの共同研究により、半導体ドット中の単一磁性スピンの種々の振舞い、特に格子歪との結合の様態を明らかにし、格子振動によるスピンの変調と制御を実現し、格子振動を媒介としたスピン間の量子情報伝達への道を拓くことを目的としている。今年度は以下の研究を行った。
前年に引き続き、CdTe/(Cd,Mg)Te単一量子井戸(SQW)における励起子の零次元閉じ込め構造の作製と光物性測定を行った。これは従来作製して来たCdTe自己形成ドット(SAD)に代わり、SQWのCdTe井戸層幅の揺らぎにより励起子を面内でも閉じ込め、零次元に束縛された励起子と単一磁性スピンとが相互作用する系を実現するものである。SQWではSADと異なり格子歪がほとんどなく、零次元に閉じ込められた励起子および磁性スピンは格子歪の影響を受けないという特徴を有する(無歪ドット－ SFD)。今年度はこのSFDに磁性元素としてCrの代わりにFeを添加した試料を作製し、顕微フォトルミネッセンス測定を行い、単一Feスピンとの交換相互作用により分裂した励起子発光スペクトルを見出した。観測された発光スペクトルの磁場および直線偏光依存性をCdTeの歪の無い結晶中のFe2+準位の計算結果と比較した結果、観測された発光スペクトルは、励起子分子(biexciton)からの発光であり、単一Feスピンとの交換相互作用により分裂したものであると同定された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CdTe/(Cd,Mg)Te QW構造において単一Feスピンとの相互作用に伴うと思われる励起子発光線の分裂を観測することに成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、励起子と単一Feスピンとの相互作用による発光スペクトルの分裂が観測される試料を作製し、表面弾性波(SAW)によるFeスピン状態の変調の観測を試みる。
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| Causes of Carryover |
試料を作製する分子線エピタキシー(MBE)装置に故障が生じ、試料を作製できない期間が長引いたため、試料作製に必要な基板、原料ならびに液体窒素に要する費用が少なくなった。次年度は、その分多くの試料を作製するため、試料作製に必要なこれらの費用に支出する。
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