• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2020 年度 実施状況報告書

半導体ドット中の単一磁性スピンの弾性波によるコヒーレント制御と応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K21116
研究機関筑波大学

研究代表者

黒田 眞司  筑波大学, 数理物質系, 教授 (40221949)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2022-03-31
キーワードスピントロニクス / 単一スピン / 交換相互作用 / 量子ドット / 顕微分光 / スピン‐歪結合
研究実績の概要

本研究では、半導体ドット中の単一磁性スピンと格子振動との結合を調べることを目的としている。CdTe自己形成ドット中のCr原子1個の磁性スピンを対象に、表面弾性波(SAW)により時間的に変動する格子歪を加え、Crスピン間の遷移を検証し、フォノンを媒介としてCrスピンを制御する手法を開拓することを目指して研究を行う。初年度である今年度は以下の研究を行った。
(1) 自己形成ドットに対するSAWによる格子歪の効果を検証するため、Cr原子を含まないCdTeドット試料に対し、SAW発生のための試料構造を作製し、SAW発生下でのフォトルミネッセンス(PL)測定を行った。その結果、SAW発生に伴う格子歪により、ドット中の励起子発光スペクトルが時間的に変化する様子を観測した。さらにパルス状のSAWの発生下での発光スペクトルの変化の観測も行い、SAWが試料中を伝播する様子を明らかにした。
(2) これまでの研究では、Cr原子1個を含むCdTeドットからの発光スペクトルは3ないし5本の発光線から成り、ドット中の励起子が2価のイオン(Cr2+)状態のCrスピン(S = 2)との交換相互作用により分裂したためと考えられてきた。その一方で、7本以上の発光線から成るなどこれまでとは異なるスペクトルが観測された。スペクトルの分裂の様子、偏光状態、磁場印加に伴う変化などの振舞いがMn原子1個を含むドットの発光スペクトルと類似していることから、1価のイオン(Cr+)状態のCrスピン(S = 5/2)との交換相互作用による分裂であるとの解釈を提示し、Crがドット中でCr+状態となるメカニズムについて検討した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

CdTeドットからの励起子発光のSAWによる変調を確認でき、またCr原子を含むドットからこれまでと異なるスペクトルを観測し、Crの異なる価数のイオン状態を見出したため。

今後の研究の推進方策

Cr原子1個を含むCdTeドット試料に対してSAW発生下で発光測定を行い、単一Crスピンの格子歪による変調を調べる。

次年度使用額が生じた理由

今年度前半はコロナ禍のため大学キャンパスへの入構が規制され、実験を行うことが出来なかった。そのため、今年度の研究を当初の計画通り進めることができなかったため、次年度使用額が生じた。次年度は計画されていた実験の遂行のための経費として使用する予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (5件)

  • [国際共同研究] CNRS, Neel Institut(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CNRS, Neel Institut
  • [雑誌論文] Influence of nonequilibrium phonons on the spin dynamics of a single Cr atom2020

    • 著者名/発表者名
      Tiwari V.、Makita K.、Arino M.、Morita M.、Kuroda S.、Boukari H.、Besombes L.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.035305

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Radio-frequency stress-induced modulation of CdTe/ZnTe quantum dots2020

    • 著者名/発表者名
      Tiwari V.、Makita K.、Arino M.、Morita M.、Crozes T.、Bellet-Amalric E.、Kuroda S.、Boukari H.、Besombes L.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 127 ページ: 234303~234303

    • DOI

      10.1063/5.0011124

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] MBE法によるCr原子1個を含むCdTe 自己形成ドットの作製と光学特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      森田 真衣、有野 雅史、牧田 憲治、黒田 眞司、Vivekanand Tiwari、Herve Boukari、Lucien Besombes
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 表面弾性波を用いたCdTe量子ドットのPLスペクトルの変調2020

    • 著者名/発表者名
      有野 雅史、森田 真衣、牧田 憲治、黒田 眞司、Vivekanand Tiwari、Herve Boukari、Lucien Besombes
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] EuS/SnTeヘテロ接合における近接高温強磁性トポロジカル結晶絶縁体界面状態2020

    • 著者名/発表者名
      秋山了太、渡邉和己、嶋野武、友弘雄太、渡邉拓斗、石川諒、阿久津和宏、飯田一樹、黒田眞司、長谷川修司
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
  • [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTeと磁性絶縁体EuSのヘテロ接合における界面誘起磁化2020

    • 著者名/発表者名
      嶋野 武、友弘 雄太、渡邉 拓斗、渡邉 和己、秋山 了太、阿久津 和宏、飯田 一樹、長谷川 修司、黒田 眞司
    • 学会等名
      第25回半導体スピン工学の基礎と応用
  • [学会発表] MBE法によりGaAs(001)基板上へ作製したFeTe薄膜の磁化特性の成長温度依存性およびアニール処理の効果2020

    • 著者名/発表者名
      安齋 廷玄、金澤 研、黒田 眞司
    • 学会等名
      第25回半導体スピン工学の基礎と応用

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi