2023 Fiscal Year Annual Research Report
Verification of tristability of nuclear spin polarization in single quantum dot and construction of a unified model including nuclear quadrupole effect
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21H01745
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
足立 智 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10221722)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
俵 毅彦 日本大学, 工学部, 教授 (40393798)
鍜治 怜奈 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (40640751)
笹倉 弘理 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90374595)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 半導体量子ドット / 電子・核スピン結合系 / 超微細相互作用 / 核四重極子相互作用 / 核磁場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年注目されている単一ナノ構造での電子・核スピン結合系でのトピックスは，核スピン分極の多重安定性と核四極子効果である．最近我々は安定状態は２つしかないと実験的にも理論的にも説明されてきた核スピン分極に第３の安定状態があることを実証し，また光注入電子スピンと直交する大きな面内核スピン分極形成を観測すると共に，両現象の定性的モデル計算にも成功した．本研究では，これらの画期的な成果を手掛かりに，量子ドット内電荷制御や歪印加等によって，従来不可能であった電子・核スピン相関時間や核四極子効果等の物性パラメータを変調・制御し，電子・核スピン結合系の物理を解明することを目的とする．更に，ナノ構造での核スピン分極の３重安定性を実証すると共に，任意の磁場配置での結果を定量的に説明可能な統一モデルを構築する．
研究実績としては以下の事項があげられる．
縦磁場配置で観測される核スピン分極の第３安定状態および横磁場配置で観測される異常ハンルカーブの発生メカニズムをそれぞれ特定し，それらを統合して任意の磁場配置での量子ドットにおける電子・核スピン結合系でのダイナミクスを明らかにするモデルを構築した．特に核四極子相互作用の主軸が結晶成長方向から傾斜して，面内成分を持つことが異常ハンル効果出現の最重要点であることを明らかにし，学術論文に掲載した．また歪印加により核四極子相互作用の主軸の傾斜を変調できると考えれれるため，圧電素子PMN-PTを使った歪印加デバイスを作製し，量子ドットを試料として歪による4 meVに及ぶ発光エネルギー準位変化を，AlGaAsバルクを試料として時間分解カー回転分光による歳差周波数変化を確認した．これらの成果は多くの会議において発表しており，核四極子効果の制御に資すると考えられる．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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