量子微細構造における動的核スピン分極のコヒーレンス創発

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電子スピンから核スピンへの分極を転送する動的核スピン分極(DNP)はNMRによって検出できるが、NMR信号を電気抵抗変化として検出する抵抗検出型NMR法が開発され、半導体ナノ構造におけるDNP 生成が検出されている。今年度は面内磁場における量子ポイントコンタクト(QPC)におけるガウス型乱れポテンシャル下でのDNPについての数値計算による研究を中心に実施した。QPCのコンダクタンスのゲート電圧依存性においては、QPCのポテンシャル構造が反映される。通常のQPCポテンシャルにおいては、コンダクタンスのゲート電圧依存性のスロープの幅がポテンシャルの曲率を与えると考えられているが、一方で最近の実験においては、QPCのサイズを変えてもQPC曲率がほとんど変化がないことが示され、この結果が乱れポテンシャルによってもたらされていると示唆されていた。数値計算解析により、乱れポテンシャルがない場合については、QPC近傍のソース電圧側で下向きの核スピンが、ドレイン電圧側で上向きの核スピンが分極する双極子型の（QPC中心でゼロの）DNPを生成されるという我々が以前に得た結果を再確認した 。ガウス型乱れポテンシャルがあるQPCにおいては、QPC中心において有限のDNPが誘起されうることを見出した。DNPは、乱れポテンシャルの特徴的な長さスケールに依存した、ゲート電圧特性を示すこともわかった。乱れポテンシャルの影響は、量子化コンダクタンスを単位として、コンダクタンスGが1.5付近で最も顕著になることを示した。この結果より、G=1.5付近においては、QPCの電荷状態が乱れポテンシャル変調に敏感であることを明らかにできた。