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2017 年度 実績報告書

動的自己核偏極現象を利用した原子核偏極法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26400298
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

小泉 光生  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (30354814)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード核偏極 / レーザー / III-V半導体
研究実績の概要

III-V族化合物半導体の価電帯の電子をレーザーで伝導帯へ励起すると、緩和の過程で伝導電子は、原子核とスピンを交換する。極低温環境において電子は、核偏極による磁場の影響を受け、正のフィードバックにより大きな核偏極が実現する。我々は、この現象を動的自己核偏極(DYNASP:DYnamic NucleAr Self Polarization)と呼び、DYNASP現象を不安定核の核磁気モーメントの測定などに適用するため、理論研究および実験研究を進めてきた。
理論研究では、DYNASPにおいて、半導体中の自身の核偏極と伝導電子の偏極に加え、外部磁場の影響を取り込み、核偏極度に関する一般化した関係式を導出した。その結果、外部磁場と伝導電子の偏極は、核偏極に同じような作用をすることがわかった。
実験研究では、パルスNMR法により、InP半導体中のIn-115核のFID(free induction decay)測定を行い、実験条件による核偏極度の変化を調べた。温度を徐々に変化させながら、レーザー照射の有無でFID信号測定を行ったところ、2.3K以下で、大きな核偏極が生じることが確認された。その温度は、DYNASP理論で示した臨界温度とほぼ一致している。その一方で、磁場中では、ある程度の核偏極が生じることが期待されていたが、そうした現象は見られなかった。また、レーザー光を直線偏光、σ+偏光、σ-偏光と変えてFID信号の測定を行ったが、顕著な変化は観測されなかった。このように、光で励起された伝導電子によって、核偏極に大きな影響がでることが確認された一方で、DYNASP理論と整合性が取れない現象もみられたことから、DYNASP理論の拡張を含め検証を進めていく必要があることがわかった。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Dynamic nuclear self-polarization of III-V semiconductors2018

    • 著者名/発表者名
      M. Koizumi, J.Goto, and S. Matsuki
    • 雑誌名

      Journal of Semiconductors

      巻: 39 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [学会発表] Dynamic nuclear self-polarization of III-V semiconductors2017

    • 著者名/発表者名
      小泉光生
    • 学会等名
      Energy Materials Nanotechnology Eureop meetingy 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 半導体の核偏極技術の開発

    • URL

      https://nscience.jaea.go.jp/laser/theme04.html

  • [備考] Dynamic Nuclear Self-Polarization

    • URL

      https://nscience.jaea.go.jp/en/dynasp/dynasp-en.html

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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