2016 Fiscal Year Annual Research Report
Optical injection of spin-polarized carriers in indirect gap semiconductors
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26400317
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中 暢子 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10292830)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋元 郁子 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (00314055)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 光キャリア / 間接遷移型半導体 / スピン緩和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコンやダイヤモンドなど軽元素から成るIV族半導体は、小さなスピン軌道相互作用や結晶の反転対称性に起因して長いスピンコヒーレンス時間が期待される。しかし、間接遷移型ギャップを持つために光学遷移にはフォノンが関与し、遷移確率の定量評価や伝導キャリアのスピン配向の実験的検証が困難であった。本研究では、光注入キャリアのスピン緩和時間や輸送現象の測定を行うことによって、これまで測定困難であった物質のスピン物性測定法を確立することを目指している。本年度は以下の項目を中心に研究を進めた。また、本研究課題の最終年度にあたり、これまでの成果をまとめて投稿論文として発表するとともに、研究総括および将来展望の整理を行った。
１）スピン偏極キャリアの光注入の検証
偏光を制御した光を用いてダイヤモンドの特定のバンドに伝導キャリアを注入する実験を行った。キャリア検出に用いる誘電体キャビティにおける偏光解消度についても実験的に吟味し、群論を用いた光遷移選択則の理論計算と実験結果の検証を行った。さらに、シリコンでも同様の実験を行い、バンド端近傍の光励起下で生成されるキャリアが高いバレー偏極度を保つことを初めて見出した。
２）非局在キャリアの運動量緩和機構の制御
ダイヤモンド結晶中の極低濃度不純物の定量を電子スピン共鳴法と発光分光法により行い、不純物が非局在キャリアの運動量緩和に与える影響を定量的に議論した。また、最高純度のダイヤモンド試料を用いて運動量緩和時間を測定した結果、2ケルビンの極低温まで、不純物散乱の影響を受けないダイヤモンド固有のフォノンによる運動量緩和機構を観測することに成功した。
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