| 研究課題/領域番号 |
20K03812
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
鍜治 怜奈 北海道大学, 工学研究院, 助教 (40640751)
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| 研究分担者 |
足立 智 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10221722)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 半導体 / 核スピン分極 / 核四極子相互作用 / 量子ドット / 半導体量子ドット / 歪み印加 / 核四極子効果 / 歪み印加デバイス / 時間分解ハンル測定 / 核スピン / スピンノイズ分光 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年，量子情報分野への応用を駆動力として，固体材料中のスピン自由度の研究が精力的に展開されている．特に，局在電子系では核スピンノイズ（格子核スピン集団の統計的な揺らぎ）がもたらす深刻な電子スピン緩和が問題となるが，核スピン集団に対する理論的なアプローチは難しく，ノイズの抑制には至っていない．本研究では，熱平衡電子スピン探査に実績があるスピンノイズ分光(SNS)と，核スピン研究で目覚ましい発展を遂げてきた核磁気共鳴法(NMR)を組み合わせたSNS-NMR法を開発し，核スピンノイズが電子スピン緩和時間に与える影響を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
熱平衡電子のスピン探査に特化したスピンノイズ分光と，核スピン研究で実績がある核磁気共鳴法の特長を併せ持つ「スピンノイズ・核磁気共鳴法」の開発に向けて，光学系の構築・改良作業とテスト試料の選定，歪み印加デバイスの作製に取り組んだ．本研究で注目したn-AlGaAsバルクでは当初の予想に反して，外部磁場を大きく上回る巨大核偏極の形成が確認された．また，サブテーマで進めた単一量子ドットの磁気発光測定では，電子-核スピン相関時間の評価と核四極子相互作用に関する新たな知見の獲得に成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
混晶化や格子歪みに起因する核四極子効果は，サブテスラの磁場領域において，核スピン系のエネルギー構造を大きく変化させる重要な相互作用の一つである．これとの関連が濃厚なn-AlGaAsバルクにおける巨大核偏極形成は報告例がなく，非常に興味深い発見と言える．また，単一量子ドット発光の時間分解測定から，核四極子相互作用の主軸成分が電子-核スピンダイナミクスで果たす役割が明らかになった．これらを含む一連の成果は，将来的に半導体中の電子-核スピン結合系の応用領域を拡大する上で大いに役立つものであり，高い学術的・社会的意義がある．
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