単一量子ナノ構造での異常ハンル効果に基づく核スピンの光制御と応用

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単一量子ドットに適用可能なＮＭＲ測定系の構築，電子ー核スピン結合系の数値シミュレーション，核スピン分極の三重安定状態の実験的調査を行った．ＮＭＲ測定を用いて核四極子相互作用について直接的に調べるため，ｒｆ磁場を試料に効率よく照射するための電気回路のインピーダンス整合が必要であった．そこで簡易な遺伝的アルゴリズムを用いて回路の最適化を試みたが，必要な広帯域での整合は叶わなかったため，インピーダンス整合を行わずに高周波アンプを用いてｒｆ磁場を増幅する手法を選択した．現在は，複数の任意波形発生器を用いた測定シーケンスの実装を行っている．数値シミュレーションでは，異常ハンル効果が発現する条件を探るために核四極子相互作用の主軸分布に着目した計算を実装した．計算結果から，結晶成長方向から大きくずれた主軸や四極子相互作用の二軸性が異常ハンル効果の発現，特に光注入した電子スピンと直交する核スピン分極の形成に必要であるという画期的な結果を得た．核スピン分極の三重安定性は本研究で提案したモデルにおいて理論的に予言されていたが，これまで観測されていなかった．そこで実験的な観測を目指して定常発光測定を行った．提案モデルでは電子ー核スピン間の相関時間が非常に重要なパラメータであったため，実験では試料温度の変化からこれの制御を試みた．実験結果からは相関時間が実際に制御できたことが示唆されたが，三重安定性の発見には至らなかった．一方で，相関時間の変化に伴って核スピン分極の双安定曲線が一重から二重になる様子を初めて観測した．