2022 年度研究成果報告書

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

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研究課題/領域番号	20K21116
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
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 – 2023-03-31
キーワード	単一スピン / 量子ドット / 量子ビット / 表面弾性波
研究成果の概要	我々は、Cr原子1個を含むCdTe自己形成ドット(SAD)を対象に、ドット中の単一Crスピンの様々な特性を詳細に調べ、量子情報処理への応用、とりわけ格子歪によるCrスピンの変調の実現を目指して研究を行っている。本研究では、Crを含まないCdTe SADにおいて表面弾性波(SAW)を発生させる試料構造を作製し、ドットの励起子発光スペクトルがSAW発生に伴う格子歪により変調されることを検証した。またCrがこれまでとは異なる荷電状態の1価のイオン(Cr+)にあるドットからの発光を観測し、その振舞いをダイナミクスも含めて詳細に調べ、Cr+状態のスピンは20μsという長い緩和時間を有することを見出した。
自由記述の分野	スピントロニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	固体中の単一スピンは量子情報処理への応用の観点より注目を集め、種々の系を対象とした研究が行われている。本研究対象の半導体ドット中の遷移元素の原子1個のスピンは、これまでの我々の研究により、比較的長いコヒーレンスを保ち、また格子歪と強く結合することが明らかとなっており、量子ビットとして有望な系である。本研究では、格子歪によるCrスピンの変調の前段階として、Crを含まないドットを対象に表面弾性波による励起子発光の変調を実験的に検証し、またCrの異なる荷電状態におけるスピンの振舞いを明らかにした。これらの成果は遷移元素の単一スピンの量子情報処理への応用の観点から意義を有し、今後の進展が期待される。