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2012 年度 実施状況報告書

スピンコヒーレンスの新規検出法の実証と電子スピン高速制御への展開

研究課題

研究課題/領域番号 24654079
研究機関北海道大学

研究代表者

足立 智  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10221722)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワードスピンコヒーレンス / スピン位相
研究概要

スピンコヒーレンス研究は半導体スピン物性の中心トピックスであり,今なお盛んに研究されている.そこではハンル効果と時間分解ファラデー(カー)回転が主に用いられている.これらは磁場下でのスピンコヒーレンス(縦スピン緩和ではなく横スピン緩和)のアンサンブル平均を測定することができる.しかし零磁場下,異方性・不均一広がりのある系での真のスピンコヒーレンスの直接的精密測定法はこれまで実現されていない.本研究は物質中の電子(または正孔,原子核,励起子)の持つ最大のスピンコヒーレンスを引き出すことを目的に,スピン位相回折格子の概念の確立と実証を目指している.
H24年度は,スピンコヒーレンス新規検出法として,位相マスクを用いた3パルス四光波混合光学系の構築し,CdTe/CdMgTe 量子井戸を用いたスピン位相検出原理実証実験を行った.
上記の光学系は過渡回折格子法であるが,同時入射する2つのポンプパルスの偏光を直交直線偏光としたとき,試料上に楕円率変調を起こし,スピン密度回折格子が誘起される.この回折格子の減衰をモニターすることにより,縦スピン緩和が測定できる.これに対し,ポンプパルス対を直交円偏光とすると,空間的に配向変調を起こし,スピン位相回折格子が誘起され,スピンコヒーレンス(横緩和)を測定することが可能であることが実験的にも分かった.この実験結果は時間分解カー回転法による試料内の残留電子のスピンコヒーレンス測定結果と比較し,スピン回折格子が形成されていることを実証した.これらの成果については学術論文として投稿準備中である.

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

申請までに準備実験をしてきたことで、おおむね計画通りに進んでいる.

今後の研究の推進方策

今年度開発したスピン位相回折格子法を用いて、量子ドットや量子リングのスピンコヒーレンス測定に適用し,核磁場揺らぎや電荷揺らぎがコヒーレンスに与える影響について実験的に調査を行う.今年度は発光のオーバーハウザーシフトの時間分解測定を行い,核磁場揺らぎが~40 mTであることが判明している.また電子スピンの高速制御実験を試行する.

次年度の研究費の使用計画

該当なし

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Size distribution and its scaling behavior of InAlAs/AlGaAs quantum dots grown on GaAs by molecular beam epitaxy2013

    • 著者名/発表者名
      X. M. Lu, M. Koyama, Y. Izumi, Y. Nakata, S. Adachi, S. Muto
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 52 ページ: 025602/1-4

    • 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 technique2012

    • 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

      10.1063/1.4711103

    • 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 technique2012

    • 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

      10.1063/1.4721902

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct observation of nuclear field fluctuation in single quantum dots2012

    • 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

      10.1103/PhysRevB.85.155315

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Signatures of Γ1-Γ5 mixed-mode polaritons in polarized reflectance spectra of ZnO2012

    • 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

      10.1088/0953-8984/24/41/415801

    • 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
      神奈川工科大学(神奈川県)
    • 年月日
      20130327-20130330
  • [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2013

    • 著者名/発表者名
      鍜治怜奈
    • 学会等名
      第68回日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      広島大東広島キャンパス(広島県)
    • 年月日
      20130326-20130329
    • 招待講演
  • [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(福岡県)
    • 年月日
      20121219-20121220
  • [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(福岡県)
    • 年月日
      20121219-20121220
  • [学会発表] Electro-nuclear and hole-nuclear spin interactions in individual quantum dots2012

    • 著者名/発表者名
      R. Kaji
    • 学会等名
      International Workshop on Spintronic Nano-Materials
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      20121105-20121106
    • 招待講演
  • [学会発表] Exciton-exciton interactions in tensile-strained GaN2012

    • 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
      札幌コンベンションセンター(札幌市)
    • 年月日
      20121014-20121019
  • [学会発表] Size distribution and scaling function of InAlAs/AlGaAs quantum dots grown on GaAs by molecular beam epitaxy2012

    • 著者名/発表者名
      X. M. Lu, M. Koyama, Y. Izumi, Y. Nakata, S. Adachi, S. Muto
    • 学会等名
      The 17th International Conference on MBE
    • 発表場所
      奈良県新公会堂(奈良県)
    • 年月日
      20120923-20120928
  • [学会発表] Optical detection of nuclear spin polarization in a single CdTe quamtum well2012

    • 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(秋季)応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学(愛媛県)
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [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(秋季)応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学(愛媛県)
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [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, 武藤俊一
    • 学会等名
      第73回(秋季)応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学(愛媛県)
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [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(秋季)応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学(愛媛県)
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [備考] 単一ドット分光で探る自己集合InAlAs量子ドットの光学異方性とドットによる偏光変換

    • URL

      http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/ultrafast/Adachi/research_ja.html

  • [備考] 単一量子ドットでの電子と核スピンの動的過程の研究

    • URL

      http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/ultrafast/Adachi/research_ja.html

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公開日: 2014-07-24  

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