人工原子の量子光学とスピン緩和の研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20244044
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 舛本 泰章 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (60111580)
• 研究分担者: 池沢 道男 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 准教授 (30312797) ; 冨本 慎一 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 助教 (90396599)
• キーワード: 等電子トラップ / 単一光子源 / 燐化ガリウム(GaP) / 砒化ガリウム(GaAs) / 量子ドット / 電子スピン初期化 / スピン才差運動 / 時間分解カー回転法

研究概要

<単一光子を発生するIII-V族半導体等電子トラップの研究>
高純度の砒化ガリウム結晶中に窒素をデルタドープした試料を用いて、顕微鏡下で単一の窒素由来発光中心を観測し、これを用いた近赤外領域(波長～830nm)の単一光子発生を光子相関実験により実証した。砒化ガリウム中の不純物発光中心を用いた単一光子発生はこれまで報告がなく、本研究が初めてである。
また、このような未知の発光中心の起源を明らかにするために、単一発光中心に対して様々な方向から磁場(0～5T)を印加して発光スペクトルを測定できるシステムを構築した。これまでの研究で発光中心の原子配置が特定できている燐化ガリウム中の窒素ペア発光中心を用いて研究を行い、原子配置から考えられる異方的な結晶場を取り入れた理論計算によって励起子微細分裂の磁場依存性を説明することに成功した。
<量子ドット中の電子スピン初期化とスピン才差運動の研究>
1個の電子がドーピングされた半導体量子ドットでは、トリオン(負の荷電励起子)への遷移に共鳴する光の照射によって、電子(s=1/2)の2つのスピン準位間のコヒーレントな状態を作ることが出来る。本研究では、電界制御によって1個の電子をドーピングしたInP/InGaP量子ドットにおいて時間分解磁気光学測定を行い、ピコ秒パルスレーザー光の照射によって電子スピンのコヒーレンスがどのように生成されるかを実験的に調べた。この過程はパルス光の強度、偏光状態やバンド幅に極めて敏感に依存する。これらのパラメータの精密な調整によってスピン偏極の方向と大きさを自由に制御できることを、密度行列を用いた理論計算との比較によって示した。

研究成果

• [雑誌論文] Exciton spin dynamics in CdTe/ZnTe quantum structures (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Tomimoto, Shinsuke Nozawa, Yoshikazu Terai, Shinji Kuroda, Ko^ki Takita, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: Physica Status Solidi B 巻: 248(2) ページ: 389-392
  • 査読あり
• [雑誌論文] The enhanced binding energy for biexcitons in InAs quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Seitaro Yoshida, Michio Ikezawa, Shinichi Tomimoto, Yoshiki Sakuma
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 ページ: 061905-1-061905-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initialization of Electron Spins in One-Electron-Doped InP Quantum Dots (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Keisuke Kawana, Shinichi Tomimoto
  • 雑誌名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2010)プロシーディング 巻: (掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton Dephasing and Biexcitons in InAs Quantum Rhombic Disks (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Seitaro Yoshida, Michio Ikezawa, Yoshiki Sakuma
  • 雑誌名: 30th International Conference on the Physics ofSemiconductors (ICPS2010)プロシーディング 巻: (掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reexamination of the atomic configurations of NN centers and observation of new infrared luminescence centers (2011)
  • 著者名/発表者名: Michio Ikezawa, Masato Watanabe, Yoshiki Sakuma, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2010)プロシーディング 巻: (掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical electron spin orientation in Ga-doped and undoped ZnO films (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Tomimoto, S.Nozawa, H.Kato, M.Sano, T.Matsumoto, Y.Masumoto
  • 雑誌名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2010)プロシーディング 巻: (掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microdisk lasers and field effect transistors of thiophene/phenyleneco-oligomers by using high temperature deposition method (2010)
  • 著者名/発表者名: F.Sasaki, M.Mori, S.Haraichi, Y.Ido, Y.Masumoto, S.Hotta
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 11 ページ: 1192-1198
  • 査読あり
• [雑誌論文] One- and two-dimensional spectral diffusion of type-II excitons in InP/InAs/InP core-multishell nanowires (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Ken Goto, Seitaro Yoshida, Yoshiki Sakuma, Premila Mohan, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82 ページ: 075313-1-075313-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Photoluminescence of MnS/ZnS Core/Shell Nanocrystals by Controlling Diffusion of Mn Ions into the ZnS Shell (2010)
  • 著者名/発表者名: Jinju Zheng, Wenyu Ji, Xiuying Wang, Micho Ikezawa, Pengtao Jing, Xueyan Liu, Haibo Li, Jialong Zhao, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 114 ページ: 15331-15336
  • 査読あり
• [雑誌論文] 量子ドット中の永続的ホールバーニング (2010)
  • 著者名/発表者名: 舛本泰章
  • 雑誌名: 光学 巻: 39(9) ページ: 453-460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent spin precession of electrons and excitons in charge tunable InP quantum dots (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Keisuke Kawana, Shinichi Tomimoto
  • 雑誌名: Physica E 巻: 42 ページ: 2493-2496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral diffusion of type-II excitons in InP/InAs/InP core-multishell nanowires (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Ken Goto, Bipul Pal, Premila Mohan, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
  • 雑誌名: Physica E 巻: 42 ページ: 2579-2582
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical orientation and spin-dependent recombination in GaAsN alloys under continuous-wave pumping (2010)
  • 著者名/発表者名: E.L.Ivchenko, V.K.Kalevich, A.Yu.Shiryaev, M.M.Afanasiev, Y.Masumoto
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 22 ページ: 465804-1-465804-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shell-Dependent Energy Transfer from 1, 3, 5-Tris(N-phenylbenzimidazol-2, y])Benzene to CdSe Core/Shell Quantum Dots (2010)
  • 著者名/発表者名: Pengtao Jing, Xi Yuan, Wenyu Ji, Micho Ikezawa, Y.Andrew Wang, Xueyan Liu, Ligong Zhang, Jialong Zhao, Yasuaki Masumoto
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 114 ページ: 19256-19262
  • 査読あり
• [学会発表] 窒素を導入したGaPナノワイヤの結晶成長及び光学特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 舘林潤、佐久間芳樹、池沢道男、曽根良則、落合雅幸、池田直樹、舛本泰章、中尾正史、杉本喜正、迫田和彰
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 20110300
• [学会発表] GaAs中の窒素等電子発光中心からの単一光子発生 (2010)
  • 著者名/発表者名: 池沢道男、佐久間芳樹、曽根良則、張遼、濱野毅信、舘林潤、舛本泰章
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Coexistence of the fast and slow spin orientation processes of the doped electron in InP quantum dots (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Tomimoto, K.Kawana, Y. Masumoto
  • 学会等名: The 6th International Conference on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors (PASPS-VI)
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-08-02
• [学会発表] Initialization of Electron Spins in One-Electron-Doped InP Quantum Dots (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Keisuke Kawana, Shinichi Tomimoto
  • 学会等名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2010)
  • 発表場所: 韓国・ソウル
  • 年月日: 2010-07-27
• [学会発表] Exciton Dephasing and Biexcitons in InAs Quantum Rhombic Disks (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Masumoto, Seitaro Yoshida, Michio Ikezawa, Yoshiki Sakuma
  • 学会等名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2010)
  • 発表場所: 韓国・ソウル
  • 年月日: 2010-07-27
• [学会発表] Reexamination of the atomic configurations of NN centers and observation of new infrared luminescence centers in GaP:N (2010)
  • 著者名/発表者名: Michio Ikezawa, Masato Watanabe, Yoshiki Sakuma, Yasuaki Masumoto
  • 学会等名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2010)
  • 発表場所: 韓国・ソウル
  • 年月日: 2010-07-27
• [学会発表] Optical electron spin orientation in Ga-doped and undoped ZnO films (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Tomimoto, S.Nozawa, H.Kato, M.Sano, T.Matsumoto, Y.Masumoto
  • 学会等名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2010)
  • 発表場所: 韓国・ソウル
  • 年月日: 2010-07-27
• [学会発表] Exciton spin dynamics in CdTe/ZnTe quantum structures (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Tomimoto, S. Nozawa, Y. Terai, S. Kuroda, K. Takita, Y. Masumoto
  • 学会等名: The 9th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed and Nano Materials (EXCON'10)
  • 発表場所: オーストラリア・ブリスベン
  • 年月日: 2010-07-13
• [学会発表] Atomic configurations of NN centers and new infrared luminescence centers in GaP : N (2010)
  • 著者名/発表者名: 池沢道男, 渡邊真人, 佐久間芳樹, 舛本泰章
  • 学会等名: The International Conference on NANOPHOTONICS 2010
  • 発表場所: つくば市・国際会議場
  • 年月日: 2010-06-01
• [備考]
  • URL: http://www.sakura.cc.tsukuba.ac.jp/-masumoto/