光子と電子の動的スピン量子相関

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Optical science of dynamically correlated electrons in semiconductors
• Project/Area Number: 21104501
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小坂 英男 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (20361199)
• Keywords: スピンエレクトロニクス / 量子エレクトロニクス / 光物性 / 量子井戸 / 量子ドット

Research Abstract

本課題研究の目的は、光子と電子という異なった量子間の動的量子相関を、共通の自由度で透るスピン量子性に着目して理解し、観測し、制御し、さらにはその根底にある新原理を探求することである。この目的に向け、研究代表者の有する「スピン状態転写」と「スピン状態トモグラフィ」の基礎技術を生かし、電子と光子が互いに及ぼし合うスピントルクを実験的に検証し、電子と光子の間の交換相互作用について探究した。
初年度のH21年度は、電子スピンが光スピンへ与えるスピントルク効果について調べた。これに対し最終年度のH22年度は、初年度とは逆に光スピンが電子スピンへ与えるスピントルク効果について調べた。具体的には、初年度の実験において、電子を生成するポンプ光と電子スピンの状態を観測するプローブ光の間に新たに制御光を加え、この制御光により電子スピンの状態を任意に制御することを試みた。この際ポンプ光、制御光、プローブ光の強度、位相はそれぞれ独立かつ任意に波長、時間、偏光を制御できるようにした。その結果、偏光を固定したポンプ光を用いても、制御光の強度および位相によって電子スピンの状態を任意に制御することができることを、実験的および理論的に明らかにした。本効果は光スピンが電子スピンに与えるトルク作用と捉えることができ、電子スピンが与える光スピンペのトルクの反作用と言える。本研究は基底無依存のスピントルク効果を検証し、スピン交換相互作用の光子、電子相互への作用を及ぼすことを明らかにしたものである。

Research Products

• [Journal Article] Coherent spin preparation, manipulation and read-out with light and microwaves in a quantum well and dot (2010)
  • Author(s): H.Kosaka, H.Shigyou, T.Inagaki, Y.Mitsumori, K.Edamatsu, T.Kutsuwa, M.Kuwahara, K.Ono, Y.Rikitake, N.Yokoshi, H.Imamura
  • Journal Title: J.Phys. Volume: 245 Pages: 012001 1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of Electron Spin States in a Semiconductor Quantum Well Using Tomographic Kerr Rotation (2010)
  • Author(s): Takahiro Inagaki, Hideo Kosaka, Yoshiaki Rikitake, Hiroshi Imamura, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu
  • Journal Title: Jap.J.Appl.Phys. Volume: 49 Pages: 04DJ09 1-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single charge detection of an electron created by a photon in a g-factor engineered quantum dot (2010)
  • Author(s): Makoto Kuwahara, Takeshi Kutsuwa, Keiji Ono, Hideo Kosaka
  • Journal Title: Appl.Phys.Lett. Volume: 96 Pages: 163107 1-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photon-to-Electron Quantum Information Transfer (2010)
  • Author(s): H.Kosaka
  • Journal Title: J.Appl.Phys. Volume: (未定)(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Quantum interface between photons and electron spins in a semiconductor (2011)
  • Author(s): H.Kosaka
  • Organizer: Advances in Photonics of Quantum Computing, Memory, and Communication (SPIE-OPTO)
  • Place of Presentation: San Francisco, USA(Invited talk)
  • Year and Date: 2011-01-27
• [Presentation] QUANTUM MEDIA CONVERSION BETWEEN PHOTONS AND ELECTRONS IN SOLIDS FOR QUANTUM REPEATERS (2010)
  • Author(s): H.Kosaka
  • Organizer: Updating Quantum Cryptography and Comtnunications (UQCC)
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan(Invited talk)
  • Year and Date: 20101018-20101020
• [Presentation] Quantum media conversion from a photon to an electron spin (2010)
  • Author(s): H.Kosaka H.Shigyou, T.Inagaki, Y.Mitsumori, K.Edamatsu, T.Kutsuwa, M.Kuwahara, K.Ono, Y.Rikitake, N.Yokoshi, H.Imamura
  • Organizer: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2010)
  • Place of Presentation: University of Tokyo, Tokyo, Japan(Invited talk)
  • Year and Date: 20100922-20100924
• [Presentation] Photon to electron quantum information transfer (2010)
  • Author(s): H.Kosaka
  • Organizer: The 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS30)
  • Place of Presentation: Seoul, Korea(Invited talk)
  • Year and Date: 20100725-20100730
• [Presentation] Quantum Information Exchange between Photons and Electrons in Solids (2010)
  • Author(s): H.Kosaka, H.Shigyou, T.Inagaki, Y.Mitsumori, K.Edamatsu, Y.Rikitake, H.Imamura
  • Organizer: International conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials
  • Place of Presentation: Osaka university convention center, Japan(Invited talk)
  • Year and Date: 20100530-20100604
• [Presentation] Quantum information exchange between photons and electrons in solids (2010)
  • Author(s): H.Kosaka, H.Shigyou, T.Inagaki, Y.Rikitake, Y.Mitsumori, K.Edamatsu, T.Kutsuwa, M.Kuwahara, Keiji Ono, N.Yokoshi, H.Imamura
  • Organizer: International Symposium on Physics of Quantum Technology (ISPQT)
  • Place of Presentation: Hitotsubashi Memorial Hall, Tokyo, Japan(Invited talk)
  • Year and Date: 20100406-20100409
• [Book] 「フォトニックナノ構造の最近の進展」、第3編「量子情報,量子通信」第3章「光メディアと電子メディア変換」執筆 (2011)
  • Author(s): 小坂英男
  • Total Pages: 13
  • Publisher: CMC出版