2022 Fiscal Year Annual Research Report
Three-dimensional spin information mapping by spin noise spectroscopy
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21K18861
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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) |
小田島 聡 北海道大学, 電子科学研究所, 特任准教授 (20518451)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 核スピンノイズ / 電子・核スピン結合系 / 量子メモリ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
AlGaAsバルクの2次元TRKRマッピング：スピンノイズ分光の標準サンプルとして，研究例の少ないnドープAlGaAsバルク(Al=0.15,0.05, 0.00)を選択した．時間分解カー回転(TRKR)と全光核磁気共鳴(AONMR)分光を行い，電子・核スピン結合系ダイナミクスの基礎データを取得した．GaAsと比較して，電子ｇ因子，核スピン形成時間，核スピン緩和時間などの大きな違いを検出した．観測された核スピン分極は核磁場として1.4 Tに達する（GaAsでは～0.1 T）．nドープAlGaAsバルクでのスピン結合系ダイナミクスのパラメータは大きく異なるが，同じ形成モデル（基盤研究Bで開発した統一的な電子・核スピン結合系ダイナミクスモデル）で説明できることが判明した．Al密度異なる３つの試料を用いて，Al＝0.0，すなわちGaAsへの物性値およびダイナミクスの収束性を検証した．これらの基礎データはスピンノイズ分光データと比較して，そのデータ検証に用いることができるとともに，熱平衡・非平衡状態の違いを考察した．
スピンノイズ分光系を既存のTRKR分光系に組み込んだ．長時間測定が必要なので，冷凍機型のクライオスタットを改良し，スピンノイズ測定を行った．磁場印加の有無での差を取ることで，２次元スピンノイズマッピングに成功したが，現有のリアルタイムスペアナでは同時観測帯域が狭く，帯域をシフトしての測定に長時間を要するとともに，完全に同時ではなくなるため，実用ツールとするには観測帯域の広いスペアナへの換装が必要であることが分かった．更に，もう１つの試料として選択した量子メモリの有力候補であるErドープYSO結晶について，メモリプロトコルの実証および，ホスト結晶の原子核スピンノイズがエルビウム電子のデコヒーレンスに与える影響を評価するなど成果を得て，多くの学会発表を行った．
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