| 研究領域 | ハイブリッド量子科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
16H01048
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
黒田 眞司 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40221949)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 量子ドット / 顕微分光 / 単一スピン / 格子歪 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、遷移元素の原子1個を含む量子ドットを含む微細構造で、遷移元素の単一磁性スピンと格子歪とのカップリングを利用して、単一スピンと機械的振動との結合を実現することを目標として研究を行う。具体的には、遷移元素Crの原子1個を含むCdTe量子ドットを対象として、ドット中の励起子発光より単一Crスピンの振舞い、特に格子歪の影響を調べ、格子歪によるCrスピンを変調および制御する手法の開発を目指す。今年度は、分子線エピタキシー法によりCr原子1個を含むCdTe自己形成ドットを作製し、顕微発光測定により個々のドットからの発光を分離して観測し、その発光特性を詳細に調べた。その結果、励起子とCrの単一スピンとの交換相互作用により分裂した鋭い発光線からなる特徴的な発光スペクトルを観測した。発光スペクトルの形状、偏光特性、ならびに磁場印加下によるスペクトルのシフトを調べ、理論計算の結果と比較することにより、Cr2+イオンのd電子のエネルギー準位に対する格子歪の影響を詳細に解析した。その結果、自己形成ドット中の面内の格子歪により、Crスピンのz成分Szに応じて10meV程度のシフトが生じることがわかった。この格子歪による準位のシフトにより、S=2の5つの準位のうちSz=±2の準位は低温では励起されず、3本の発光線が観測される。Cr2+のd電子状態は有限の軌道角運動量L=2を有するため、結晶場分裂とスピン軌道相互作用を通じて、格子歪の影響を強く受けると考えられる。
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| 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
Cr原子1個を含むCdTe自己形成ドットの発光特性の詳細な解析により、Cr2+のd電子のエネルギー準位に対する格子歪の影響を明らかすることができたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
ドット中のCrスピン状態に対する格子歪に影響を見るため、比較対照用に歪の無いCdTeドット試料の作製に着手する。無歪ドットはCdTeを井戸層、(Cd,Mg)Teを障壁層とする単一井戸構造で、井戸幅揺らぎにより励起子の0次元閉じ込めが期待される。CdTe層に微量のCrを添加することにより、ドットあたりCr原子1個を含む単一スピンのドット試料の作製を試みる。
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