| 研究課題/領域番号 |
21H01745
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
足立 智 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10221722)
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| 研究分担者 |
俵 毅彦 日本大学, 工学部, 教授 (40393798)
鍜治 怜奈 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (40640751)
笹倉 弘理 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90374595)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
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| キーワード | 超微細相互作用 / 核四極子相互作用 / 半導体量子ドット / 電子・核スピン結合系 / 核スピンエンジニアリング / 核四重極子相互作用 / 核磁場 / 超微細相互座用 / 量子ドット / 希土類添加結晶 / 量子メモリ / スピントロニクス / ナノ構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
最近我々は安定状態は２つしかないと実験的にも理論的にも説明されてきた核スピン分極に第３の安定状態があることを実証し，また光注入電子スピンと直交する大きな面内核スピン分極形成を観測すると共に，両現象の定性的モデル計算にも成功した．本研究では，これらの画期的な成果を手掛かりに，量子ドット内電荷制御や歪印加等によって，従来不可能であった電子・核スピン相関時間や核四極子効果等の物性パラメータを変調・制御し，電子・核スピン結合系の物理を解明する．更に，ナノ構造での核スピン分極の３重安定性を実証すると共に，任意の磁場配置での結果を定量的に説明可能な統一モデルを構築する．
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| 研究成果の概要 |
縦磁場配置での核スピン分極の第３安定状態出現および横磁場配置での異常ハンル効果の発生機構をそれぞれ特定し，任意の磁場配置での量子ドットにおける電子・核スピン結合系でのダイナミクスを明らかにするモデルを構築した．特に核四極子相互作用の主軸が結晶成長方向から傾斜し面内成分を持つことが異常ハンル効果出現の鍵であることを明らかにした．また歪印加により核四極子相互作用の主軸の傾斜を変調できると考えられるため，歪印加デバイスを作製し，量子ドットでの発光エネルギー準位変化，AlGaAsバルクでの時間分解カー回転分光による歳差周波数変化を確認した．これらの成果は核四極子効果の制御に資すると考えられる．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
半導体量子ドットのような多数の原子核スピンに囲まれた１個の局在電子スピンから構成される電子・核スピン結合系では，量子演算，量子メモリ，単一光子源などの研究が精力的に推進されている．しかしこの系では構成する原子が核四極子相互作用を通じて核スピンおよび電子スピンのダイナミクスに影響するが，その詳細は不明であった．我々は独自に発見した核スピン分極の第３安定状態出現と異常ハンル効果を手掛かりに発生機構をそれぞれ特定し，任意の磁場配置での電子・核スピン結合系でのダイナミクスを明らかにするモデルを構築した．これにより電子．核スピン結合系ダイナミクスの予測が可能になり，量子ドットの応用に大きく貢献した．
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