2003 Fiscal Year Annual Research Report

量子ドットにおける電子スピンのコヒーレント制御の研究

Research Project

Project/Area Number	14350001
Research Institution	HOKKAIDO UNIVERSITY
Principal Investigator	武藤俊一北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00114900)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	白峰賢一北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10241358) 戸田泰則北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00313106) 足立智北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10221722) 竹内淳早稲田大学, 理工学部, 教授 (80298140)
Keywords	量子ドット / 電子スピン / 量子演算 / 光スイッチ / 時間分解発光 / 励起子 / スピン緩和
Research Abstract	半導体の電子スピンを位相を破壊せずに、いわゆるコヒーレント制御できれば量子コンピューティング或いはキャリア蓄積のない超高速光スイッチなど様々な応用の可能性が拓ける。特に、量子ドットではスピンのコヒーレンス時間が長い可能性がある。本研究ではInAs/GaAs系量子ドットの電子スピンを光学的にコヒーレントに制御することを実験的に検討する。これにより電子スピンのコヒーレンス持続時間の実測、位相破壊要因の解明、及びコヒーレンス向上のための改良を行う。本年度は15層積層したInAlAs/AlGaAs量子ドットについてストリークスコープを用いて時間分解発光測定した。発光再結合時間とスピン緩和時間について、励起強度依存性と温度依存性を調べた。特に温度依存性について50Kまでの低温では発光再結合時間、スピン緩和時間(1-2ns)共にあまり変化しないが、これより高温では発光再結合時間は長く、スピン緩和時間は短くなることがわかった。これは、光により生成された明るい励起子が暗い励起子に遷移したのち再び明るい励起子に戻ってくる熱励起過程が可能になったと仮定すると説明できる。この温度から推定される暗い励起子と明るい励起子のエネルギー差は数meVであり、量子井戸で報告されている値:100〜250μeVと較べて桁違いに大きいことが分かった。次世代のスピントロニクス材料としてポリフェニルアセチレン(PPA)の磁気的性質を調べた。スピングラス的な磁気的性質に加えて、磁場-磁化(M-H)曲線が閉じないことなど極めて興味深いスピン物性を示すことが明らかとなった。

Research Products

(16 results)

All Other

All Publications (16 results)

[Publications] Yuji Watanabe, Shunichi Muto, Masayoshi Tabata: "Peculiar Field-Cycle Dependence of Magnetization Observed for Poly(phenyl)acetylene Prepared with a Rh Complex Catalyst"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.43. 300-302 (2004)
[Publications] H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto, T.Usuki (他1名): "Coulomb interaction in asymmetric triple-coupled quantum dots"Semiconductor Science and Technology. 19. S409-S411 (2004)
[Publications] O.Ikeuchi, S.Adachi, H.Sasakura, S.Muto: "Observation of population transfer to dark exciton states by using spin-diffracted four-wave mixing"Journal of Applied Physics. 93. 9634-9638 (2003)
[Publications] H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto: "Quantum gates based on electron spins of triple quantum dot"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 6308-6313 (2003)
[Publications] H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto, H.Z.Song (他2名): "Carrier tunneling in asymmetric double quantum dots"Physica E. 21. 511-515 (2004)
[Publications] S.Adachi, S.Maki, O.Ikeuchi, H.Sakura, S Muto: "Spin-diffracted four-wave mixing measurements of exciton spin relaxation and populaion transfer to dark states"Proceedings of SPIE, Ultrafast Phenomena in Semiconductors VII. 4992. 241-248 (2003)
[Publications] S.Adachi, S.Muto, K.Hazy, T.Sota, K.Suzuki (他2名): "Exciton-exciton interaction and hetro-biexciton in GaN"Physical Review B. 67. 205212/1-205212/5 (2003)
[Publications] S.Adachi, H.Sasakura, S.Muto, K.Hazu, T.Sota (他2名): "Exciton-exciton correlation effects on FWM in GaN"physica status solidi (b). 240. 348-351 (2003)
[Publications] K.Hazu, T.Sota, K.Suzuki, S.Adachi, SF.Chichibu (他4名): "Strong biexcitonic effects and exciton-exciton correlations in bulk ZnO"Physical Review B. 68. 033205/1-033205/4 (2003)
[Publications] S.Adachi, K.Hazu, T.Sota, SF.Chichibu (他4名): "Biexciton formation and exciton-exciton correlation effects in bulk ZnO"Semiconductor Science and Technology. 19. S276-S278 (2004)
[Publications] S.Adachi, K.Hazu, T.Sota, SF.Chichibu (他3名): "Scattering processes and dynamics of exciton-biexciton system in GaN"Proceedings of SPIE, Ultrafast Phenomena in Semiconductors VII. 4992. 188-201 (2003)
[Publications] K.Hazu, T.Sota, K.Suzuki, S.Adachi, S.F.Chichibu: "Optical nonlinearities of excitons in ZnO single crystal"Proceedings of SPIE, Ultrafast Phenomena in Semiconductors VII. 4992. 257-263 (2003)
[Publications] Y.Toda, T.Matsubara, R.Morita, M.Yamashita (他3名): "Two-photon absorption and multiphoton-induced photoluminescence of bulk GaN excited below the middle of the bandgap"Applied Physics Letters. 82. 4713-4715 (2003)
[Publications] Y.Toda, T.Matsubara, R.Morita, K.Hoshino (他2名): "Efficient two-photon absorption of bulk GaN in the near-infrared region"physica status solidi (c). 0. 2627-2630 (2003)
[Publications] T.Inoue, Y.Toda, K.Hoshino, T.Someya (他1名): "Raman study of the strain in GaN films by comparison with a free-standing GaN"physica status solidi (c). 0. 2428-2431 (2003)
[Publications] Y.Toda, R.Morita, T.Nakaoka, (他3名): "Selective excitation of self-assembled quantum dots by using shaped pulse"Physica E. 21/2-4. 180-183 (2004)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

量子ドットにおける電子スピンのコヒーレント制御の研究

Principal Investigator

武藤 俊一 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00114900)

Research Products

[Publications] Yuji Watanabe, Shunichi Muto, Masayoshi Tabata: "Peculiar Field-Cycle Dependence of Magnetization Observed for Poly(phenyl)acetylene Prepared with a Rh Complex Catalyst"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.43. 300-302 (2004)

[Publications] H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto, T.Usuki (他1名): "Coulomb interaction in asymmetric triple-coupled quantum dots"Semiconductor Science and Technology. 19. S409-S411 (2004)

[Publications] O.Ikeuchi, S.Adachi, H.Sasakura, S.Muto: "Observation of population transfer to dark exciton states by using spin-diffracted four-wave mixing"Journal of Applied Physics. 93. 9634-9638 (2003)

[Publications] H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto: "Quantum gates based on electron spins of triple quantum dot"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 6308-6313 (2003)

[Publications] H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto, H.Z.Song (他2名): "Carrier tunneling in asymmetric double quantum dots"Physica E. 21. 511-515 (2004)

[Publications] S.Adachi, S.Maki, O.Ikeuchi, H.Sakura, S Muto: "Spin-diffracted four-wave mixing measurements of exciton spin relaxation and populaion transfer to dark states"Proceedings of SPIE, Ultrafast Phenomena in Semiconductors VII. 4992. 241-248 (2003)

[Publications] S.Adachi, S.Muto, K.Hazy, T.Sota, K.Suzuki (他2名): "Exciton-exciton interaction and hetro-biexciton in GaN"Physical Review B. 67. 205212/1-205212/5 (2003)

[Publications] S.Adachi, H.Sasakura, S.Muto, K.Hazu, T.Sota (他2名): "Exciton-exciton correlation effects on FWM in GaN"physica status solidi (b). 240. 348-351 (2003)

[Publications] K.Hazu, T.Sota, K.Suzuki, S.Adachi, SF.Chichibu (他4名): "Strong biexcitonic effects and exciton-exciton correlations in bulk ZnO"Physical Review B. 68. 033205/1-033205/4 (2003)

[Publications] S.Adachi, K.Hazu, T.Sota, SF.Chichibu (他4名): "Biexciton formation and exciton-exciton correlation effects in bulk ZnO"Semiconductor Science and Technology. 19. S276-S278 (2004)

[Publications] S.Adachi, K.Hazu, T.Sota, SF.Chichibu (他3名): "Scattering processes and dynamics of exciton-biexciton system in GaN"Proceedings of SPIE, Ultrafast Phenomena in Semiconductors VII. 4992. 188-201 (2003)

[Publications] K.Hazu, T.Sota, K.Suzuki, S.Adachi, S.F.Chichibu: "Optical nonlinearities of excitons in ZnO single crystal"Proceedings of SPIE, Ultrafast Phenomena in Semiconductors VII. 4992. 257-263 (2003)

[Publications] Y.Toda, T.Matsubara, R.Morita, M.Yamashita (他3名): "Two-photon absorption and multiphoton-induced photoluminescence of bulk GaN excited below the middle of the bandgap"Applied Physics Letters. 82. 4713-4715 (2003)

[Publications] Y.Toda, T.Matsubara, R.Morita, K.Hoshino (他2名): "Efficient two-photon absorption of bulk GaN in the near-infrared region"physica status solidi (c). 0. 2627-2630 (2003)

[Publications] T.Inoue, Y.Toda, K.Hoshino, T.Someya (他1名): "Raman study of the strain in GaN films by comparison with a free-standing GaN"physica status solidi (c). 0. 2428-2431 (2003)

[Publications] Y.Toda, R.Morita, T.Nakaoka, (他3名): "Selective excitation of self-assembled quantum dots by using shaped pulse"Physica E. 21/2-4. 180-183 (2004)

武藤俊一北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00114900)