2015 Fiscal Year Annual Research Report
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25247047
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
足立 智 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10221722)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 電子スピン / 正孔スピン / 核スピン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体での局在電子スピンを利用した量子情報処理研究において，電子・正孔スピン－核スピン間相互作用（超微細相互作用）の理解と制御が不可欠であることが分かってきた．本研究では，これまでの光誘起核スピン分極研究の成果をさらに発展させ，単一量子リング・ドットでの核スピンエンジニアリングを確立し，長期目標としての量子メモリへの発展に貢献することを目的としている．
H27年度は，以下の項目において研究を行い，成果を得た．
(1) 低温，Voigt配置で試料回転が可能となる様にクライオスタットの改造を行い，In(Ga)As量子リングでの電子・正孔面内ｇ因子の測定，およびその理論計算等を行い，正孔ｇ因子の強い異方性を明確に示した．正孔ｇ因子，形状，歪の３つの異方性軸の関係について重要な知見が得られたので学術論文誌に投稿準備をしている．
(2)核スピン光ポンピング技術の研究に関しては，核の電気四重極子の効果が大きいことが分かってきたので，このテーマについて，零磁場での核磁場検出およびハンルカーブ測定による面内核磁場の検出，さらに核スピン拡散測定を行った．これらを通じて，核四極子効果が大きく物性に聞いていることが判明した．外部磁場がなければ，通常核スピン分極は形成されないはずだが，円偏光によりスピン選択励起を行うと零磁場でも0.8 Tの相当する巨大な核磁場が観測された．ハンルカーブ測定では，異常に幅の広いサーカステント型のカーブが観測され，面内核磁場が形成されていることを実験的に明らかにした．これらの形成メカニズムは未だ不明な部分があるが，核四極子効果による有効磁場（歪の方向と一致）方向に核スピンを安定化させる機能がなければ説明できない．また核スピン拡散測定では，同じ試料の異なる量子ドットで，拡散定数が１桁近く異なる結果が得られ，不等間隔となる核四極子分裂が核スピン拡散を抑制することを示唆している．
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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
核スピンの影響の大きな電子スピンよりも，相互作用の小さい正孔スピンを量子演算等に用いるという流れが数年程前から本研究分野で明らかになってきており，タイムリーに成果が出せ，国際会議等でも発表が注目された．海外の大学との共同研究により，理論シュミュレーションとの比較と面直・面内ｇ因子の精密測定が行えるようになり，この項目については概ね順調に進んでいる．これらの結果を学術誌に投稿準備中であり，地味な研究ではあるがこれまでにない知見を含んでいる．核の電気四重極子の効果についても，かなり詳細な実験が行えるようになってきたので，H2８年度においては数多くの量子ドット・リングで測定を行い，データ蓄積を行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き，高核スピン分極形成技術および正孔スピン光ポンピング技術を研究するとともに，価電子帯混合による重い正孔スピンｇ因子の面内異方性の直接評価を行うとともに，歪印可デバイス（テスト中）を作製して系統的なデータを取得するとともに歪制御によるｇ因子制御実験を行う．
前者については，H27年度にお面内核磁場形成が確認できたので，核磁場の方向制御の道筋ができた．H2８年度は面内核磁場形成メカニズムを明らかにし，最も有力である電子スピン反転を介さない非同軸超微細相互作用が原因かどうかを検証するとともに，その効果を使って高分極率を達成する．
後者については，H26年度ニ，歪による重い正孔と軽い正孔の混合(VBM)と成長方向の電子・正孔ｇ因子との相関の実測および理論計算を行い，H27年度に電子・正孔の面内ｇ院足測定および理論計算をおこなった． g因子制御によるスピンの任意操作を行うためには２つの異なる軸でのｇ因子の制御が必要である．このため
ピエゾ素子による可変歪を用いた正孔ｇ因子の制御用デバイスの試作をH27年度に実施し，熱コンタクトと電気伝導性に優れ極低温で使用可能な接着方法を模索している．このデバイスを完成させ，１つの量子ドット・リングで系統的なデータを取得するとともに，ｇ因子制御実験を行う
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