半導体核スピンの全光ナノプローブ技術と実時間イメージング技術の開発

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22310063
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 足立 智 北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10221722)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 量子ドット / 核スピン / スピン緩和

研究概要

本研究は将来の量子演算,量子メモリ,量子メディア変換等のプラットフォームとして注目されている単一量子ドットで,それらの実現に非常に重要となっている電子スピン-核スピン間相互作用(超微細相互作用)の制御・応用を目的としており,これまでの成果をさらに発展させ,単一量子ドットでの核スピンの全光学的制御を行うことを目標としている.このために円偏光度およびオーバーハウザーシフトをプローブとする単一量子ドットでの核スピン分極の精密高感度ナノプローブ技術を開発した.この技術を単一量子ドットでの核スピン分極の揺らぎ測定に適用し,~40mTの値を得るとともに,電子および正孔スピン緩和への影響を実験と理論の両面から明らかにした.

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 ページ: 203511/1-6
  • DOI: 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 ページ: 025602/1-4
  • DOI: doi:10.7567/JJAP.52.025602
  • 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 ページ: 093522/1-6
  • DOI: doi:10.1063/1.4711103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signatures of Γ1-Γ5mixed-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,T. Sota
  • 雑誌名: Journal of Physics Condensed Matter 巻: 24 ページ: 415801/1-8
  • DOI: 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 ページ: 103531/1-6
  • DOI: 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 ページ: 155315/1-6
  • DOI: doi:10.1103/PhysRevB.85.155315
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of growth conditions on the size and density of self-assembled InAlAs/AlGaAs quantum dots grown on GaAs by molecular beam epitaxy (2011)
  • 著者名/発表者名: X. M. Lu, Y. Izumi, M. Koyama, Y.Nakata, S. Adachi, S. Muto
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 322 ページ: 6-9
  • DOI: doi:10.1016/j.jcrysgro.2011.02.034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton spin alignment observed via Hanle effect in single quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, S. Adachi, S. Muto
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: 8 ページ: 30-33
  • DOI: doi:10.1002/pssc.201000685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects ofinter-molecular charge-transfer excitons on the external quantum efficiency of zinc-porphyrin/C60 heterojunction photovoltaic cells (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Ryuzaki, T. Kai, Y. Toda, and S.Adachi, J. Onoe
  • 雑誌名: Journal of Physics D 巻: 44 ページ: 145103/1-4
  • DOI: doi:10.1088/0022-3727/44/14/145103
  • 査読あり
• [雑誌論文] al anisotropy and photoluminescence polarization in single InAlAs quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Ohno, S. Adachi, R. Kaji, S. Muto, and H. Sasakura
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 ページ: 161912/1-3
  • DOI: doi:10.1063/1.3583453
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient grating studies of phase and spin relaxations of excitons in GaAs single quantumwells (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tomoda, S. Adachi, S. Muto, S.Shimomura
  • 雑誌名: Physica E 巻: 42 ページ: 2714-2717
  • DOI: doi:10.1016/j.physe.2009.12.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization conversion of excitonic photoluminescence under zero and nonzero magnetic fields in single InAlAs quantum dots (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, T. Shindo, S. Adachi, S. Muto
  • 雑誌名: Physica E 巻: 42 ページ: 2501-2504
  • DOI: doi:10.1016/j.physe.2010.01.051
  • 査読あり
• [雑誌論文] 核スピンを光で見る・操作する.半導体量子ドットの動的核偏極 (2010)
  • 著者名/発表者名: 笹倉弘理,鍜治怜奈,足立智,武藤俊一
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 65 ページ: 247-250
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光波混合法による窒化ガリウム薄膜での励起子間相互作用の実空間マッピング (2010)
  • 著者名/発表者名: 足立智,戸田泰則
  • 雑誌名: J. Vac. Soc. Jpn 巻: 56 ページ: 387-392
  • 査読あり
• [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
  • 年月日: 20130327-30
• [学会発表] Si基板上酸化エルビウムのMBE成長 (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾身博雄,俵毅彦,鍜治怜奈,穂積貴人,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
  • 年月日: 20130327-30
• [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
  • 年月日: 20130327-30
• [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」【招待講演】 (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
  • 年月日: 20130326-29
• [学会発表] Spin interactions of electron and nuclei in individual quantum dots (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Adachi
  • 学会等名: 【invited talk】,Workshop on Fabrication, Spectroscopy and Modeling of Semiconductor Quantum Dots
  • 発表場所: NCTU, Taiwan
  • 年月日: 20130305-06
• [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
  • 年月日: 20121219-20
• [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
  • 年月日: 20121219-20
• [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: Sapporo Convention Center, Sapporo, Japan
  • 年月日: 20121014-19
• [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
  • 年月日: 20120911-14
• [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
  • 年月日: 20120911-14
• [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
  • 年月日: 20120911-14
• [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
  • 年月日: 20120911-14
• [学会発表] 自己集合量子ドットの対称性低下によるスピン状態混合:光学異方性からの考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大野槙悟,鍜治怜奈,足立智,武藤俊一
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学,東京
  • 年月日: 20120315-18
• [学会発表] Spin dynamics of coupled electron-nuclear system in individual quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, S. Adachi, H. Sasakura, S.Muto
  • 学会等名: 第16回半導体スピン工学の基礎と応用PASPS16
  • 発表場所: 東京工業大学,東京
  • 年月日: 20111128-29
• [学会発表] Direct observation of the correlation time of Overhauser field in single quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, S. Adachi, H. Sasakura, S.Muto
  • 学会等名: 12th International Conference on Optics of Excitons in Confined Systems: OECS12
  • 発表場所: Cite Internationale Universitaire, Paris, France
  • 年月日: 20110912-16
• [学会発表] Strain-induced valence-band mixing on photoluminescence polarization in individual quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Adachi, S. Ohno, R. Kaji, S. Muto
  • 学会等名: 12thInternational Conference on Optics of Excitons in Confined Systems: OECS12
  • 発表場所: Cite Internationale Universitaire, Paris, France
  • 年月日: 20110912-16
• [学会発表] 単一量子ドットの光学異方性:異方的交換相互作用と歪誘起価電子帯混合 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大野槙悟,鍜治怜奈,足立智,武藤俊一
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学,山形市
  • 年月日: 20110829-0902
• [学会発表] Experimental estimation of the effective field correlation time in a single InAlAs quantum dot (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, S. Adachi, S. Muto, H.Sasakura
  • 学会等名: 6th International School and Conferenceon Spintronics and Quantum Information Technology: SPINTECH6
  • 発表場所: Shimane Prefectural Convention Center, Matsue, Japan
  • 年月日: 20110801-05
• [学会発表] Optical anisotropy and polarization states in individual self-assembled InAlAs quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Ohno, R. Kaji , S. Adachi
  • 学会等名: 6th International School and Conference on Spintronicsand Quantum Information Technology: SPINTECH6
  • 発表場所: Shimane Prefectural Convention Center, Matsue, Japan).
  • 年月日: 20110801-05
• [学会発表] Preferred orientation and magnetic properties of ZnO thin films doped with Fe and Mn prepared by sol-gel method (2011)
  • 著者名/発表者名: X. M. Lu, Y. Jiang, S. Adachi, and S. Muto
  • 学会等名: 30th Electronic Materials Symposium: EMS30
  • 発表場所: Laforet Biwako , Shiga
  • 年月日: 20110629-0701
• [学会発表] Nuclear spin diffusion in a single InAlAs quantum dot observed by using erase-pump-probe technique (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Yokoyama, S. Furukawa, R. Kaji , and S. Adachi
  • 学会等名: 30th Electronic Materials Symposium: EMS30
  • 発表場所: Laforet Biwako, Shiga
  • 年月日: 20110629-0701
• [学会発表] Optical anisotropy and polarization states in individual self-assembled InAlAs quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Adachi, S. Ohno, and R. Kaji
  • 学会等名: 30th Electronic Materials Symposium: EMS30
  • 発表場所: Laforet Biwako, Shiga
  • 年月日: 20110629-0701
• [学会発表] Effects of growth conditions on self-assembled InAlAs/AlGaAs quantum dots grown on GaAs by molecular beam epitaxy (2011)
  • 著者名/発表者名: X. M. Lu, Y. Izumi, M. Koyama, S.Adachi, S. Muto
  • 学会等名: 30th Electronic Materials Symposium: EMS30
  • 発表場所: Laforet Biwako, Shiga
  • 年月日: 20110629-0701
• [学会発表] 自己集合単一量子ドットでの動的核スピン分極過程相関時間の直接評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈,笹倉弘理,足立智,武藤俊一
  • 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,神奈川県
  • 年月日: 20110324-27
• [学会発表] 自己集合半導体量子ドットでの光学異方性と発光の偏光状態変化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大野槙悟,鍜治怜奈,足立智,武藤俊一
  • 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,神奈川県
  • 年月日: 20110324-27
• [学会発表] GaAs単一量子井戸でのスピン寿命の時間分解カー回転測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 黒澤雅博,足立智
  • 学会等名: 第46回応用物理学会北海道支部/第7回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • 発表場所: 室蘭工業大学,室蘭市
  • 年月日: 20110107-08
• [学会発表] 自己集合半導体量子ドットにおける光学異方性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大野槙悟,鍜治怜奈,足立智,武藤俊一
  • 学会等名: 第46回応用物理学会北海道支部/第7回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • 発表場所: 室蘭工業大学,室蘭市
  • 年月日: 20110107-08
• [学会発表] 単一ドットのハンル測定:励起子スピンダイナミクスからの考察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鍜治怜奈,足立智,武藤俊一
  • 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,長崎市
  • 年月日: 20100914-0917
• [学会発表] Motional narrowing of exciton spin relaxation in GaAs single quantum wells (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Tomoda, S. Adachi
  • 学会等名: 9th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed and Nano Materials: EXCON10
  • 発表場所: Novotel Brisbane, Brisbane, Australia
  • 年月日: 20100711-16
• [学会発表] Exciton spin alignment observed via Hanle effect in a single quantum dot (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Kaji, S. Adachi, S. Muto
  • 学会等名: 9th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed and Nano Materials: EXCON10
  • 発表場所: Novotel Brisbane, Brisbane, Australia
  • 年月日: 20100711-16
• [備考]
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/ultrafast/Adachi/research.html