2012 年度研究成果報告書

光子・電子・核スピン結合系の量子状態制御の理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号	22540328
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	補助金
応募区分	一般
研究分野	物性Ⅰ
研究機関	京都工芸繊維大学
研究代表者	高河原俊秀京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (00111469)
研究期間 (年度)	2010 – 2012
キーワード	スピンエレクトロニクス / 量子エレクトロニクス / 量子コンピュータ / 量子ドット
研究概要	Si:Pやダイアモンド中のNVセンターでは、光励起による核スピンの初期化が実現されているが、100%の完全偏極には到っていない。ここでは一般的な固体中の中性ドナー原子を考え、ドナー束縛励起子を中間状態とする高速でかつ完全な核スピン偏極をもたらす光学的方法を考案した。ドナー束縛励起子には三重項と一重項状態がある。まず基底状態である一重項状態を経由する光学過程により、ドナー電子のスピンの初期化が可能であることを示した。次に三重項基底状態を光励起すると、それがエネルギー的に近い一重項状態の励起状態に遷移する時に、超微細相互作用によりドナー原子の核スピンをフリップさせる機構が有効であることを明らかにした。スピン偏極したドナー電子から三重項基底状態励起子への光励起を繰り返し行えば、核スピンの完全偏極を実現できる。