Control of single spin state by lattice strain and phonon-mediated spin-spin interaction

通过晶格应变和声子介导的自旋-自旋相互作用控制单自旋态

• 批准号: 20KK0113
• 负责人: 黒田 眞司
• 金额: $ 11.98万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-10-27 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20KK0113/
• 关键词: 量子ドット; 単一スピン; 表面弾性波; スピントロニクス; 交換相互作用; スピン-歪結合; 量子ビット; スピンー歪結合

本研究は、フランス国立科学研究センター(CNRS)のネール研究所のL. Besombesらとの共同研究により、半導体ドット中の単一磁性スピンの種々の振舞い、特に格子歪との結合の様態を明らかにし、格子振動によるスピンの変調と制御を実現し、格子振動を媒介としたスピン間の量子情報伝達への道を拓くことを目的としている。今年度は以下の研究を行った。(1) 前年度に引き続き、CdTe/(Cd,Mg)Teの量子井戸(QW)構造における励起子の零次元閉じ込め構造の作製と光物性測定を行った。これは従来作製して来たCdTe自己形成ドット(SAD)に代わり、QWのCdTe井戸層幅の揺らぎにより励起子を面内でも閉じ込め、零次元に束縛された励起子と単一Crスピンとが相互作用する系を実現するものである。微量のCrを添加したQW試料の顕微フォトルミネッセンス(PL)測定において、単一のCrスピンとの相互作用に伴うと思われる励起子発光線の分裂を観測することに成功した。(2) 一方、Cr添加のCdTe SADでは、これまで単一Crスピンとの相互作用による励起子発光線の分裂が観測されているが、その割合が非常に低いという問題に直面している。SAD中ではCr原子はさまざまな形で取り込まれている可能性があるため、電子スピン共鳴(ESR)測定によるCrの電子状態の解明を試みた。測定の結果、Crを添加していないCdTe SAD試料においてもCdTe結晶中の欠陥に起因すると思われるESR信号が観測され、その信号強度はCrの添加により増大することが明らかとなった。また、Cr添加SAD試料においては、Cr3+, Cr+と思われる信号が観測され、されにCr+の信号は光励起により増強されることを見出した。これらの結果より、SADの作製過程におけるCdTe結晶中の欠陥の生成がCrの添加により促進され、この欠陥がドット中の励起子発光を阻害する要因となっている可能性が示唆された。

This study was conducted by L. Besombes and his joint research on quantum information transmission in semiconductor and semiconductor fields, the vibration of special lattice distortions and the state of combination, the modulation and control of lattice vibrations, the development of lattice vibrations and the purpose of quantum information transmission. This year, the following research was conducted. (1)In the past year, the quantum well (QW) structure of CdTe/(Cd,Mg)Te was studied. In this case, CdTe self-formation (SAD) can be achieved by replacing QW with CdTe in the form of an in-plane, zero-dimensional binding excitation system. Microscopic analysis of QW samples with trace Cr addition (PL) was successful in the determination of Cr, Cr and its interaction. (2)In addition, Cr addition to CdTe SAD is a problem facing the interaction between Cr and CdTe, and the splitting of excitation light is a problem facing the interaction between Cr and CdTe. In SAD, Cr atoms are separated from each other by electron resonance (ESR), and the electronic state of Cr is determined. As a result of the measurement, it is clear that the ESR signal is detected due to the defects in the CdTe crystal caused by the addition of Cr to the CdTe SAD sample, and the signal intensity increases due to the addition of Cr. Cr3+, Cr+ and SAD samples were tested and the Cr+ and SAD signals increased. As a result, the possibility of Cr addition in CdTe crystals during the preparation of SAD is shown.

项目成果

Hole-Cr+ nanomagnet in a semiconductor quantum dot

半导体量子点中的空穴铬纳米磁体

• DOI: 10.1103/physrevb.104.l041301
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: V. Tiwari;M. Arino;S. Gupta;M. Morita;T. Inoue;D. Caliste;P. Pochet;H. Boukari;S. Kuroda;L. Besombes
• 通讯作者: L. Besombes

CdTe 自己形成ドット中の Cr の荷電状態の ESR による検出

ESR检测CdTe自组装点中Cr的电荷状态

• 发表时间: 2023
• 作者: 井上 智貴;安藤 瞬;稲井 聡志;塩川 凛人;丸本 一弘;H. Boukari;L. Besombes;黒田 眞司
• 通讯作者: 黒田 眞司

Cr を添加した CdTe 自己形成ドットの ESR 測定

Cr掺杂CdTe自生点的ESR测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上 智貴;安藤 瞬;稲井 聡志;塩川 凛人;丸本 一弘;ボウカリ エルベ;ビソンブ ルシアン;黒田 眞司
• 通讯作者: 黒田 眞司

Spin dynamics of positively charged excitons in Cr+-doped quantum dots probed by resonant photoluminescence

共振光致发光探测 Cr 掺杂量子点中带正电激子的自旋动力学

• DOI: 10.1103/physrevb.106.045308
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: V. Tiwari;M. Arino;S. Gupta;M. Morita;T. Inoue;D. Caliste;P. Pochet;H. Boukari;S. Kuroda;L. Besombes
• 通讯作者: L. Besombes

Cr原子を添加したCdTe/ZnTe量子井戸における零次元励起子の発光スペクトル

Cr原子掺杂的CdTe/ZnTe量子阱中零维激子的发射光谱

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上 智貴;森田 真衣;安藤 瞬;黒田 眞司;Vivekanand Tiwari;Herve Boukari;Lucien Besombes
• 通讯作者: Lucien Besombes