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半導体ドット中の単一スピンの制御と応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K13612
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 ナノ構造物理
研究機関筑波大学

研究代表者

黒田 眞司  筑波大学, 数理物質系, 教授 (40221949)

研究協力者 Besombes L.  Néel Insitute
Boukari H.  Néel Insitute
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード量子ドット / 単一スピン / スピントロニクス / 交換相互作用 / 顕微分光 / スピン‐歪結合
研究成果の概要

ドット当たりCr原子1個を含むCdTe自己形成ドットを作製し、ドット中の単一Crスピンの振舞いを調べた。顕微分光測定により個々のドットからの励起子発光を観測することで、励起子と相互作用とする単一Crスピンの種々の特性を明らかにした。格子歪によるCrスピン準位の分裂、Crスピンと正孔との相互作用、Crスピンの緩和過程、光シュタルク効果などの新たな知見が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果により、CdTe自己形成ドット中の単一Crスピンの種々の特性を明らかにすることができた。特に、ドット中のCrスピンが暗状態で比較的長いコヒーレンスを保つこと、また格子歪と強く結合していることが明らかになった。この成果は、単一スピンを用いたメモリや量子情報処理などへの応用の可能性を示したという点で学術的、社会的意義を有すると考えられ、今後の研究の発展に期待が持たれる。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 8件、 査読あり 11件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 12件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] CNRS Institut Neel(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] CNRS, Institut Neel(France)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] CNRS, Institut Neel(France)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Charge fluctuations of a Cr atom probed in the optical spectra of a quantum dot2019

    • 著者名/発表者名
      L. Besombes, H. Boukari, V. Tiwari, A. Lafuente-Sampietro, M. Sunaga, K. Makita, and S. Kuroda
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 3 ページ: 035309-035309

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.035309

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of nitrogen acceptor co-doping on the structural and magnetic properties of (Zn,Fe) Te2019

    • 著者名/発表者名
      Indrajit Saha, Takuma Nakamura, Ken Kanazawa, Hiroaki Nitani, Masanori Mitome, Shinji Kuroda
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 511 ページ: 42-47

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2019.01.026

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of hybridization and magnetic effects in massive Dirac cones: Magnetic topological heterostructures with controlled film thickness2019

    • 著者名/発表者名
      Yuma Okuyama, Ryo Ishikawa, Shinji Kuroda, Toru Hirahara
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 114 号: 5 ページ: 051602-051602

    • DOI

      10.1063/1.5083059

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Optical control of an individual Cr spin in a semiconductor quantum dot2019

    • 著者名/発表者名
      L. Besombes, H. Boukari, V. Tiwari, A. Lafuente-Sampietro, S. Kuroda, K. Makita
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: in press

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of a Cr spin in a semiconductor quantum dot: Hole-Cr flip-flops and spin-phonon coupling2018

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, H. Utsumi, M. Sunaga, K. Makita, H. Boukari, S. Kuroda, and L. Besombes
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 15 ページ: 155301-155301

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.155301

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural and magnetic properties of (Zn,Fe)Te thin films grown by MBE under Zn-rich flux condition2017

    • 著者名/発表者名
      Takuma Nakamura, Yu Sugimura, Takeru Domon, Satoshi Ishitsuka, Ken Kanazawa, Hironori Ofuchi, Shinji Kuroda
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 印刷中 ページ: 123-126

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2016.12.030

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomic Scale Structural Characterization of Epitaxial (Cd,Cr)Te Magnetic Semiconductor2017

    • 著者名/発表者名
      Bastien Bonef, Herve Boukari, Adeline Grenier, Isabelle Mouton, Pierre-Henri Jouneau, Hidekazu Kinjo, Shinji Kuroda
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 23 号: 4 ページ: 717-723

    • DOI

      10.1017/s1431927617000642

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of the inverse spin Hall effect in the topological crystalline insulator SnTe using spin pumping2017

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Ohya, Akiyori Yamamoto, Tomonari Yamaguchi, Ryo Ishikawa, Ryota Akiyama, Le Duc Anh, Shobhit Goel, Yuki K. Wakabayashi, Shinji Kuroda, Masaaki Tanaka
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 9 ページ: 094424-094424

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.094424

    • NAID

      120007134820

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Resonant optical control of the spin of a single Cr atom in a quantum dot2017

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, H. Utsumi, H. Boukari, S. Kuroda, L. Besombes
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 3 ページ: 035303-035303

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.035303

    • NAID

      120007135106

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Individual Cr atom in a semiconductor quantum dot: Optical addressability and spin-strain coupling2016

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, H. Utsumi, H. Boukari, S. Kuroda, L. Besombes
    • 雑誌名

      Physical Review B (Rapid Communications)

      巻: 93 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.161301

    • NAID

      120007135516

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin dynamics of an individual Cr atom in a semiconductor quantum dot under optical excitation2016

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, H. Utsumi, H. Boukari, S. Kuroda, L. Besombes
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 109 号: 5 ページ: 053103-053103

    • DOI

      10.1063/1.4959243

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] CdTe自己形成ドットにおけるCrの電荷揺らぎによる発光スペクトルの分裂2019

    • 著者名/発表者名
      牧田 憲治、有野 雅史、須永 雅弘、黒田 眞司、ラファンテ-サンピエトロ アルバン、ボウカリ エルベ、ビソンブ ルシアン
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体 (Pb,Sn)Te (111)薄膜のレーザー励起ARPES測定による非占有状態の観測と超高速キャリアダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤寛史, 大滝祐輔, 友弘雄太, 石田行章, 秋山了太, 木村昭夫, 辛埴, 黒田眞司
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜の表面バンド分散と超高速キャリアダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      伊藤寛史, 大滝祐輔, 石田行章, 秋山了太, 木村昭夫, 辛埴, 黒田眞司
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 偏極中性子反射率法を用いたFe/SnTeヘテロ構造界面における強磁性近接効果の観測2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉和己, 石川諒, 秋山了太, 阿久津和宏, 飯田一樹, 黒田眞司, 長谷川修司
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] IV-VI族半導体PbSnTeのテラヘルツサイクロトロン共鳴2018

    • 著者名/発表者名
      今中康貴, D. Kindole, 竹端寛治, 大滝祐輔, 伊藤寛史, 秋山了太, 黒田眞司
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造における強磁性とサイズ効果の協奏・競合2018

    • 著者名/発表者名
      奥山裕磨, 石川諒, 黒田眞司, 平原徹
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] TEM observation of IV-VI diluted magnetic semiconductor (Sn.Mn)Te grown by MBE2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Ishikawa、Hiroshi Ito、Yuta Tomohiro、Ryota Akiyama、Shinji Kuroda、Hiroaki Nitani、Masanori Mitome
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] MBE法により成長したFeドープ閃亜鉛鉱型MnTe薄膜の磁気特性・構造特性の成長温度依存性2018

    • 著者名/発表者名
      加藤 象二郎、金澤 研、黒田 眞司
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜の表面バンド分散と超高速キャリアダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      伊藤寛史、大滝祐輔、友弘雄太、石田行章、秋山了太、木村昭夫、辛埴、黒田眞司
    • 学会等名
      第23回半導体スピン工学の基礎と応用
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Observation of the unoccupied state of SnTe by laser-excited angle resolved photoemission spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      H. Ito, Y. Otaki, Y. Tomohiro, Y. Ishida, R. Akiyama, A. Kimura, S. Shin, S. Kuroda
    • 学会等名
      New Trends in Topological Insulators 2018 (NTTI2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical control of the single Cr spin in a semiconductor quantum dot2018

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, M. Sunaga, K. Makita, H. Boukari, L. Besombes, S. Kuroda
    • 学会等名
      10th International School and Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solid (PASPS10)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural and magnetic properties of IV-VI diluted magnetic semiconductor (Sn,Mn)Te grown by MBE2018

    • 著者名/発表者名
      R. Ishikawa, H. Itoh, Y. Tomohiro, R. Akiyama, H. Nitani, and S. Kuroda
    • 学会等名
      10th International School and Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solid (PASPS10)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of CdTe dots containing single Cr atom and optical control of single spin2018

    • 著者名/発表者名
      M. Sunaga, K. Makita, A. Lafuente-Sampietro, H. Boukari, L. Besombes, and S. Kuroda
    • 学会等名
      20th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of nitrogen co-doping on the magnetic and structural properties of (Zn,Fe)Te2018

    • 著者名/発表者名
      I. Saha, T. Nakamura, K. Kanazawa, H. Nitani, and S. Kuroda
    • 学会等名
      20th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical detection and manipulation of a single Cr spin in a semiconductor quantum dot2018

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, M. Sunaga, K. Makita, H. Boukari, L. Besombes, S. Kuroda
    • 学会等名
      Annual Workshop of Center for Spintronics Research Network (CSRN) Osaka
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optical probe of single Cr spin in a self-assembled CdTe dot2017

    • 著者名/発表者名
      A. Lauente-Sampietro, H. Utsumi, M. Sunaga, L. Besombes, H. Boukari, S. Kuroda
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2017 (HQS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Resonant optical control of the spin of an individual Cr atom in a quantum dot2017

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, H. Boukari, L. Besombes, H. Utsumi, S. Kuroda
    • 学会等名
      International Conference on Optics of Excitons in Confined Systems
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cr原子1個を含むCdTe量子ドットの作製と単一Crスピンの光学的制御2016

    • 著者名/発表者名
      内海駿人, 須永雅弘, Alban Lafuente-Sampietro, Lucien Besombes, Herve, 黒田眞司
    • 学会等名
      第21回半導体におけるスピン工学の基礎と応用
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-12-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Fabrication of CdTe dots containing a single Cr with and without strain2016

    • 著者名/発表者名
      H. Utsumi, K. Sakamoto, S. Kuroda, A. Lafuente-Sampietro, H. Boukari, L. Besombes
    • 学会等名
      9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids (PASPS-9)
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-08-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical probing and dynamics of a Cr spin in a semiconductor quantum dot2016

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, H. Utsumi, H. Boukari, S. Kuroda, L. Besombes
    • 学会等名
      9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids (PASPS-9)
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-08-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Individual Cr atom in a semiconductor quantum dot -optical addressability and spin-strain coupling2016

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, H. Boukari, L. Besombes, H. Utsumi, S. Kuroda
    • 学会等名
      33rd International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2016)
    • 発表場所
      Bejing, China
    • 年月日
      2016-07-31
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic properties of an individual Cr atom in a semiconductor quantum dot2016

    • 著者名/発表者名
      A. Lafuente-Sampietro, H. Boukari, L. Besombes, H. Utsumi, S. Kuroda
    • 学会等名
      9th International Conference on Quantum Dots (QD2016)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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