電子スピンのコヒーレント初期化の研究

• 研究領域: 量子サイバネティクス － 量子制御の融合的研究と量子計算への展開
• 研究課題/領域番号: 24102702
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 舛本 泰章 筑波大学, 名誉教授 (60111580)
• 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: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2013年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2012年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• キーワード: ZnO / 電子スピン / トリオン / 時間分解カー回転 / コヒーレント初期化

研究概要

＜ZnO:Gaのトリオン共鳴カー回転＞
核スピンがゼロになる核の自然存在比が大きいため長いスピン緩和時間T2*=12nsを持つZnO薄膜中のGaドナー（濃度6×1017cm-3）により与えられた局在電子からトリオンを生成する共鳴励起によるスピン初期化の過程を調べた。すでにフェムト秒時間分解カー回転測定法では共鳴スピン増幅を用いて長い緩和時間T2*=12nsを精度よく求めたが、スペクトル幅が0.2meVと狭いピコ秒パルス（2ps）を使った時間分解カー回転測定法を用いて、A励起子の低エネルギー側の裾でレーザーエネルギーを変えてカー回転を調べると、A励起子とD0X共鳴エネルギー近傍で電子のカー回転信号（磁場0.5Tのとき周期74ps）が符号を変えながら増強される。特にD0X共鳴エネルギー近傍では、D0Xの発光ピークおよびその2meV-4meVほど低エネルギーでも電子のカー回転信号が増強される。さらにD0X共鳴エネルギー近傍では、120fsの時間分解カー回転測定法で全く見えなかった電子の才差運動以外の微細な振動構造（周期19ps）がカー回転信号の立ち上がり部分に観測された。
＜CdS量子ドットの電荷移動とスピンディフェージング＞
高効率量子ドット太陽電池においては極めて重要な要素であるCdS量子ドット（平均直径=2.8nm）から電子輸送TiO2ナノ粒子や正孔輸送ポリマー分子への高速電荷移動を、室温で時間分解ファラディ回転を用いて異なるg因子を持つ電子、正孔や励起子による信号を分離してスピン歳差運動とディフェージングを測定した。時間分解ファラディ回転信号はg=1.95の局在電子の歳差運動がもたらす減衰振動成分と正孔・励起子のｇ因子の異方性がもたらす非振動成分からなり、室温でT2*=0.35nsの量子ドット集団にある局在電子のスピンディフェージングと正孔輸送ポリマーへの正孔が少しゆっくり移動しているのが観測された。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrafast carrier dynamics in CuInS_2 quantum dots (2014)
  • 著者名/発表者名: Jianhui Sun, Dehua Zhu, Jialong Zhao, Michio Ikezawa, Xiuying Wang, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4862274
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single Photon Generation from an Impurity Center with Well-Defined Emission Energy in GaAs (2013)
  • 著者名/発表者名: L. Zhang, M. Ikezawa, T. Mori, S. Umehara, Y. Sakuma, K. Sakoda, and Y. Masumoto
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: Vol.52 号: 4S ページ: 04CG11-04CG11
  • DOI: 10.7567/jjap.52.04cg11
  • NAID: 210000142068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced Charge Separation and Recombination Processes in CdSe Quantum Dot and Graphene Oxide Composites with Methylene Blue as Linker (2013)
  • 著者名/発表者名: Pengtao Jing, Wenyu Ji, Xi Yuan, Michio Ikezawa, Ligong Zhang, Haibo Li, Jialong Zhao, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 4 号: 17 ページ: 2919-2925
  • DOI: 10.1021/jz401460j
  • 査読あり
• [雑誌論文] 量子ドットのスピン緩和 (2013)
  • 著者名/発表者名: 舛本泰章
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 48 ページ: 485-496
  • NAID: 40019847176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast Electron Transfer from PbSe Quantum Dots to TiO_2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Hayato Takagi, Hikaru Umino, Eri Suzumura
  • 雑誌名: AIP Conference Procceedings 巻: 1566 ページ: 520-521
  • DOI: 10.1063/1.4848514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fourier Spectroscopy of Individual Nitrogen Impurity Centers in GaAs (2013)
  • 著者名/発表者名: Michio Ikezawa, Liao Zhang, Yoshiki Sakuma, Tatsuya Mori, Kazuaki Sakoda, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1566 ページ: 544-545
  • DOI: 10.1063/1.4848526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bimolecular interlayer scattering of electrons in InP/InAs/InP core-multishell nanowires (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Masumoto, K. Goto, S. Tomimoto, P. Mohan, J. Motohisa, T. Fukui
  • 雑誌名: JOURNAL OF LUMINESCENCE 巻: 133 ページ: 135-137
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2011.09.036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherence of an electron spin in quantum dots generated by a resonant optical pulse with elliptic polarization (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Tomimoto, Keisuke Kawana, Akira Murakami, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 巻: 133 ページ: 162-168
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2011.09.047
  • NAID: 120007137099
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shell-thickness-dependent photoinduced electron transfer from CuInS_2/ZnS quantum dots to TiO_2 films (2013)
  • 著者名/発表者名: Jianhui Sun, Jialong Zhao, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 号: 5
  • DOI: 10.1063/1.4790603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast Electron Transfer from PbSe Quantum Dots to TiO2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Hayato Takagi, Hikaru Umino, Eri Suzumura
  • 雑誌名: 31th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2012) Proceeding 巻: 印刷中
  • NAID: 120007137272
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fourier Spectroscopy of Individual Nitrogen Impurity Centers in GaAs (2013)
  • 著者名/発表者名: Michio Ikezawa, Liao Zhang, Yoshiki Sakuma, Tatsuya Mori, Kazuaki Sakoda, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: 31th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2012) Proceeding 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast electron transfer from PbSe quantum dots to TiO_2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Hayato Takagi, Hikaru Umino, Eri Suzumura
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 号: 25
  • DOI: 10.1063/1.4729881
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size- and Composition-Dependent Energy Transfer from Charge Transporting Materials to ZnCuInS Quantum Dots (2012)
  • 著者名/発表者名: Xi Yuan, Jialong Zhao, Pengtao Jing, Wenjin Zhang, Haibo Li, Ligong Zhang, Xinhua Zhong, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 116 号: 22 ページ: 11973-11979
  • DOI: 10.1021/jp3037236
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of optical coherence on the electron spin in singly-charged InP quantum dots excited by resonant laser pulses (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Tomimoto, Keisuke Kawana, Akira Murakami, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.235320
  • NAID: 120007137271
  • 査読あり
• [学会発表] Shell Thickness Dependent Photoinduced Electron Transfer from CuInS2/ZnS quantum dots to TiO2 films (2013)
  • 著者名/発表者名: Jianhui Sun，Jialong Zhao，Yasuaki Masumoto
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 量子ドットのスピン緩和 (2013)
  • 著者名/発表者名: 舛本泰章
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] 超コヒーレントな単一光子発生のための単一発光中心の共鳴励起 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森達哉，池沢道男，張遼，佐久間芳樹，迫田和彰，舛本泰章
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] GaAs：N中の単一不純物発光中心のフーリエ分光測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 張遼，池沢道男，森達哉，佐久間芳樹，迫田和彰，舛本泰章
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] ZnO薄膜中のGa不純物に束縛された電子のスピン緩和 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村上瑛，冨本慎一，加藤裕幸，佐野道宏，松本貴裕，舛本泰章
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] GaAs:N中の発光エネルギーが揃った発光中心から単一光子の発生 (2012)
  • 著者名/発表者名: 張遼，池沢道男，森達哉，梅原晋太郎，佐久間芳樹，迫田和彰，舛本泰章
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山大学
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] ZnO薄膜中のGaドナーに束縛された電子スピン緩和時間の計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村上瑛，冨本慎一，加藤裕幸，佐野道宏，松本貴裕，舛本泰章
  • 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
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] Fast Electron Transfer from PbSe Quantum Dots to TiO2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Hayato Takagi, Hikaru Umino, Eri Suzumura
  • 学会等名: 31th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2012)
  • 発表場所: スイス連邦工科大学,スイス
  • 年月日: 2012-08-02
• [学会発表] Fourier Spectroscopy of Individual Nitrogen Impurity Centers in GaAs (2012)
  • 著者名/発表者名: Michio Ikezawa, Liao Zhang, Yoshiki Sakuma, Tatsuya Mori, Kazuaki Sakoda, Yasuaki Masumoto
  • 学会等名: 31th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2012)
  • 発表場所: スイス連邦工科大学,スイス
  • 年月日: 2012-08-02
• [学会発表] GaAs中の単一窒素発光中心の共鳴蛍光
  • 著者名/発表者名: 張遼，池沢道男，佐久間芳樹，迫田和彰，舛本泰章
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県）
• [学会発表] CdS量子ドットの電荷移動とスピンディフェージング
  • 著者名/発表者名: 海野晃，舛本泰章
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県）
• [学会発表] Ultrafast carrier dynamics in CuInS2 quantum dots
  • 著者名/発表者名: Jianhui Sun，Jialong Zhao，Yasuaki Masumoto
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県）
• [学会発表] 単一発光中心の共鳴励起による単一光子発生
  • 著者名/発表者名: 池沢道男，張遼，佐久間芳樹，迫田和彰，舛本泰章
  • 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）
• [学会発表] Fast electron transfer from small PbSe quantum dots to TiO2
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Hayato Takagi, Hikaru Umino, Eri Suzumura
  • 学会等名: 18th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids
  • 発表場所: Fuzhou, China
• [学会発表] Fast charge transfer from quantum dots for solar cells
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto
  • 学会等名: 1st International Conference on Nano-Bio-Medicine Convergence (NBMC-2014)
  • 発表場所: Pusan National University, Korea
  • 招待講演
• [備考] 舛本・池沢研究室ホームページ
  • URL: http://www.px.tsukuba.ac.jp/~kezawa/lab/
• [備考] 舛本・池沢研究室webページ
  • URL: http://www.px.tsukuba.ac.jp/~ikezawa/lab/