スピンコヒーレンスの新規検出法の実証と電子スピン高速制御への展開

• 研究課題/領域番号: 24654079
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 足立 智 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10221722)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2012年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: スピンコヒーレンス / スピン位相 / 半導体ナノ構造 / 核スピン分極

研究概要

本研究は物質中の電子（または正孔，原子核，励起子）の持つ最大のスピンコヒーレンスを引き出すことを目的に，スピン位相回折格子の概念の確立と核スピンゆらぎによるスピンコヒーレンス低減の抑制を目指している．H24年度において，３パルス四波混合法において励起偏光の組み合せにより，スピン位相回折格子の形成を確認した． H25年度は応用研究としてCdTe/CdMgTe単一量子井戸中の残留電子を用いて，そのスピン分極形成ダイナミクスを時間分解カー回転法を用いて，観測された負の初期位相が負の荷電励起子の速い正孔スピン緩和に起因するものであることをモデル計算と実験から突き止めた．

研究成果

• [雑誌論文] Effects of valence band mixing on hole spin coherence via hole-nuclei hyperfine interaction in InAlAs quantum dots (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, S. Ohno, T. Hozumi, S. Adachi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 113 号: 20
  • DOI: 10.1063/1.4807901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size distribution and its scaling behavior of InAlAs/AlGaAs quantum dots grownon GaAs by molecular beam epitaxiy (2013)
  • 著者名/発表者名: X. M. Lu, M. Koyama, Y. Izumi, Y.Nakata, S. Adachi, and S. Muto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 号: 2R ページ: 025602-025602
  • DOI: 10.7567/jjap.52.025602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Population dynamics in epitaxial Er2O3 thin films grown on Si(111) (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tawara, H. Omi, T. Hozumi, R. Kaji, S. Adachi, H. Gotoh, T. Sogawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 号: 24
  • DOI: 10.1063/1.4812294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton-exciton interactions in tensile-strained GaN (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Toda, K. Shigematsu, A. Hasegawa, S. Adachi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 号: 8S ページ: 08JL03-08JL03
  • DOI: 10.7567/jjap.52.08jl03
  • NAID: 210000142728
  • 査読あり
• [雑誌論文] Valence-band-ordering of a strain-free bulk ZnO single crystal identified by four-wave-mixing spectroscopy technique (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hazu, S. F. Chichibu, S. Adachi, T.Sota
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 111 号: 9
  • DOI: 10.1063/1.4711103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signatures of Γ1－Γ5 mixed-mode polaritons in polarized reflectance spectra of ZnO (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Takagi, A. Nakamura, A. Yoshikaie, S. Yoshioka, S. Adachi, S. F. Chichibu, and T. Sota
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 24 号: 41 ページ: 4158011-8
  • DOI: 10.1088/0953-8984/24/41/415801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nuclear spin depolarization via slow spin diffusion in single InAlAs quantum dots observed by using erase-pump-probe technique (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Adachi, R. Kaji, S. Furukawa, Y.Yokoyama, S. Muto
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 111 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.4721902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of nuclear field fluctuation in single quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, S. Adachi, H. Sasakura, S.Muto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 15
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.155315
  • 査読あり
• [学会発表] Effective nuclear field measurement in a single quantum well via time-resolved Kerr rotation technique (2014)
  • 著者名/発表者名: L.-P. Yan, R. Kaji, S. Adachi
  • 学会等名: International Conference on Materials Science and Engineering Technology (MSET 2014)
  • 発表場所: Shanghai Dazhong Merrylin Hotel(上海市,中国)
• [学会発表] 半導体量子ドットにおける核磁場揺らぎのスピンデコヒーレンスへの効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学,神奈川県
  • 招待講演
• [学会発表] 半導体量子ドットにおける核磁場揺らぎのスピンデコヒーレンスへの効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈
  • 学会等名: 第61 回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス（神奈川県）
  • 招待講演
• [学会発表] Effective nuclear field measurement in a single quantum well via time-resolved Kerr rotation technique (2014)
  • 著者名/発表者名: L.-P. Yan
  • 学会等名: International Conference on Materials Science and Engineering Technology (MSET 2014)
  • 発表場所: Shanghai Dazhong Merrylin Hotel（上海市，中国）
• [学会発表] 光学励起核スピン分極を用いた単一InAs量子リングにおける電子・正孔のg因子測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 八山雄太, 鍜治怜奈, 穂積貴人, 冨井拓真, 笹倉弘理, 定昌史, 足立智
  • 学会等名: 第49回応用物理学会北海道支部学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学,札幌市
• [学会発表] 単一量子リングにおけるg因子測定と価電子帯混合度の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈, 穂積貴人, 八山雄太, 冨井拓真, 笹倉弘理, 定昌史, 足立智
  • 学会等名: PASPS18
  • 発表場所: 大阪大学豊中市
• [学会発表] 半導体量子ドットからの発光の不思議 (2013)
  • 著者名/発表者名: 足立智
  • 学会等名: 卓越した大学院拠点形成支援事業シンポジウム
  • 発表場所: 早稲田大学,東京都
  • 招待講演
• [学会発表] 強励起条件下におけるワイドギャップ半導体励起子のコヒーレントダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 長谷川明, 戸田泰則, 足立智, 森田隆二, 中山正昭
  • 学会等名: 日本物理学会秋季年次大会
  • 発表場所: 徳島大学,徳島県
• [学会発表] ダブル誘導ラマン断熱通過による酸化エルビウム薄膜での量子ビット任意回転操作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川上欣洋, 穂積貴人, 鍜治怜奈, 足立智, 俵毅彦
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学,京田辺市
• [学会発表] Resident electrons spin formation and spin dephasing in a single CdTe quantum well (2013)
  • 著者名/発表者名: L.-P. Yan, W.-T.Hsu, S. Adachi
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM13)
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーホーク,福岡県
• [学会発表] Electron and hole g-factor measurements via optically-induced nuclear spin polarizations in single InAs/GaAs quantum rings (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, T. Hozumi, S. Ohno, S. Adachi
  • 学会等名: 13th International Conference on Optics of Excitons in Confined System : OECS13
  • 発表場所: Angelicum Congress Centre, Roma, Italy
• [学会発表] Arbitrary qubit rotation by double STIRAP in Er2O3 thin film (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawakami, T. Hozumi, R. Kaji, S. Adachi, T. Tawara, H. Omi
  • 学会等名: Optoelectronics and Nanostructures : EDISON18
  • 発表場所: くにびきメッセ,島根県
• [学会発表] Impact of band mixing to heavy hole spin dephasing induced by nuclear field fluctuation (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, S. Ohno, T. Hozumi, S. Adachi
  • 学会等名: Optoelectronics and Nanostructures : EDISON18
  • 発表場所: くにびきメッセ,島根県
• [学会発表] InAlAs量子ドットでの価電子帯の非対称結合効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大野槙悟, 鍜治怜奈, 穂積貴人, 足立智
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工大,神奈川県
• [学会発表] 酸化エルビウムエピタキシャル薄膜の光学特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 俵毅彦, 穂積貴人, 尾身博雄, 鍜治怜奈, 足立智, 後藤秀樹, 寒川哲臣
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工大,神奈川県
• [学会発表] 量子ドットにおける核スピン分極の光ポンピングと揺らぎの光学的検出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈, 足立智
  • 学会等名: 第68回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 広島大学,東広島市
  • 招待講演
• [学会発表] Resident electrons spin formation and spin dephasing in a single CdTe quantum well (2013)
  • 著者名/発表者名: L.-P. Yan
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーホーク（福岡県）
• [学会発表] Electron and hole g-factor measurements via optically-induced nuclear spin polarizations in single InAs/GaAs quantum rings (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji
  • 学会等名: 13th International Conference on Optics of Excitons in Confined System
  • 発表場所: Angelicum Congress Centre (ローマ市イタリア）
• [学会発表] Impact of band mixing to heavy hole spin dephasing induced by nuclear field fluctuation (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji
  • 学会等名: 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures
  • 発表場所: くにびきメッセ（島根県）
• [学会発表] 量子ドットにおける核スピン分極の光ポンピングと揺らぎの光学的検出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈
  • 学会等名: 第68回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 広島大東広島キャンパス(広島県）
  • 招待講演
• [学会発表] InAlAs量子ドットでの価電子帯の非対称結合効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大野槙悟，鍜治怜奈，穂積貴人，足立智
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(神奈川県）
• [学会発表] 単一量子ドットにおける核磁場揺らぎの実測と電子・正孔スピン緩和 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈, 大野槙悟, 穂積貴人, 足立智
  • 学会等名: 第17回「半導体スピン工学の基礎と応用」研究会 : PASPS17
  • 発表場所: 九州大学,福岡
• [学会発表] 核磁場を利用したInAs量子リングのg因子評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 穂積貴人, 鍜治怜奈, 足立智
  • 学会等名: 第17回「半導体スピン工学の基礎と応用」研究会 : PASPS17
  • 発表場所: 九州大学,福岡
• [学会発表] 量子井戸での残留電子による核スピン偏極の形成と検出 (2012)
  • 著者名/発表者名: 黒澤雅博, 厳麗平, 鍜治怜奈, 足立智
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学,松山市
• [学会発表] 量子ドットでの電子・正孔-核スピン結合系のダイナミクス (2012)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈, 足立智, 武藤俊一
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学,松山市
• [学会発表] 核磁場を利用したInAs量子リングのg因子評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 穂積貴人, 鍜治怜奈, 足立智
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学,松山市
• [学会発表] 単一自己集合量子ドットにおける核磁場揺らぎの評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈, 足立智, 笹倉弘理, 武藤俊一
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学,松山市
• [学会発表] Optical detection of nuclear spin polarization in a single CdTe quamtum well (2012)
  • 著者名/発表者名: 黒澤雅博，厳麗平, 鍜治怜奈, 足立智
  • 学会等名: 第73回(秋季)応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学(愛媛県）
• [学会発表] 単一量子ドットにおける核磁場揺らぎの実測と電子・正孔スピン緩和 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈，大野槙悟，穂積貴人，足立智
  • 学会等名: 第17回「半導体スピン工学の基礎と応用」研究会：PASPS17
  • 発表場所: 九州大学(福岡県）
• [学会発表] 核磁場を利用したInAs 量子リングのg 因子評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 穂積貴人，鍜治怜奈，足立智
  • 学会等名: 第17回「半導体スピン工学の基礎と応用」研究会：PASPS17
  • 発表場所: 九州大学(福岡県）
• [学会発表] 量子ドットでの電子・正孔-核スピン結合系のダイナミクス (2012)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈, 足立智, 武藤俊一
  • 学会等名: 第73回(秋季)応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学(愛媛県）
• [学会発表] 単一自己集合量子ドットにおける核磁場揺らぎの評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈, 足立智, 武藤俊一
  • 学会等名: 第73回(秋季)応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学(愛媛県）
• [学会発表] 核磁場を利用したInAs 量子リングのg 因子評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 穂積貴人, 鍜治怜奈, 足立智
  • 学会等名: 第73回(秋季)応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学(愛媛県）
• [学会発表] Electro-nuclear and hole-nuclear spin interactions in individual quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji
  • 学会等名: International Workshop on Spintronic Nano-Materials
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 招待講演
• [学会発表] Exciton-exciton interactions in tensile-strained GaN (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Toda, K. Shigematsu, A. Hasegawa, S. Adachi
  • 学会等名: International Workshop on NItride Semiconductors (IWN2012)
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
• [学会発表] Size distribution and scaling function of InAlAs/AlGaAs quantum dots grown on GaAs by molecular beam epitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: X. M. Lu, M. Koyama, Y. Izumi, Y. Nakata, S. Adachi, S. Muto
  • 学会等名: The 17th International Conference on MBE
  • 発表場所: 奈良県新公会堂（奈良県）
• [備考]
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/ultrafast/Adachi/research.html
• [備考] 単一ドット分光で探る自己集合InAlAs量子ドットの光学異方性とドットによる偏光変換
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/ultrafast/Adachi/research_ja.html
• [備考] 単一量子ドットでの電子と核スピンの動的過程の研究
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/ultrafast/Adachi/research_ja.html
• [産業財産権] 量子ビットの操作方法 (2013)
  • 発明者名: 足立智, 俵毅彦, 尾身博雄
  • 権利者名: 足立智, 俵毅彦, 尾身博雄
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-147283
  • 出願年月日: 2013-07-16
  • 外国
• [産業財産権] 光素子およびその製造方法 (2013)
  • 発明者名: 尾身博雄, 俵毅彦, 足立智
  • 権利者名: 尾身博雄, 俵毅彦, 足立智
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-162076
  • 出願年月日: 2013-08-05
  • 外国
• [産業財産権] 量子ビットの操作方法 (2013)
  • 発明者名: 足立智，俵毅彦，尾身博雄
  • 権利者名: 足立智，俵毅彦，尾身博雄
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-147283
  • 出願年月日: 2013-07-16
• [産業財産権] 光素子およびその製造方法 (2013)
  • 発明者名: 尾身博雄，俵毅彦，足立智
  • 権利者名: 尾身博雄，俵毅彦，足立智
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-162076
  • 出願年月日: 2013-08-05