GaAs半導体量子ドットを用いた単一フォノンの生成と検出

使用 GaAs 半导体量子点产生和检测单声子

基本信息

批准号：
19J01737
负责人：
黒山和幸
金额：
$ 3.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J01737/
关键词：
GaAs横型量子ドットスピン電子-フォノン相互作用

项目摘要

GaAs横型二重量子ドットを用いて非平衡フォノンによる単電子スピンの反転レートを計測した実験について、理論計算によるレートの導出と完全計数統計の手法を用いた精密なレートの評価手法の開発を行った。これらによって得られたスピン反転レートの値を比較し、考案したフォノン誘起のスピン反転過程のメカニズムの妥当性を検証した。まず、理論計算については、実験当初、観測されているスピン反転現象は、ドット内で準位間のフォノン励起が起こる過程と、スピン軌道相互作用によりスピン反転を伴ってフォノン緩和する過程とが逐次的に起こっているものと考えていた。しかし、完全計数統計の手法による精密なスピン反転レートの解析により、二重ドットが共鳴な場合には、2つの過程が同時に起きる2次のフォノン励起過程(2フォノン過程)を考えるべきであることが明らかになった。そこで、共同研究者の協力を得て、スピン軌道相互作用と電子-フォノン相互作用の2次の項が共存するハミルトニアンを用いて、2フォノン過程によるスピン反転レートを求める理論式の導出を行った。現在、理論式の数値計算を行い、測定結果との比較している段階であり、今後速やかに論文を投稿する。これに加えて、スピン反転レートの評価に使用している完全計数統計について、そのレートの解析手法の改善を行った。実験では二重ドットの電荷状態を実時間に読み出した信号を取得し、その統計を取ることでレートの解析を行うが、このとき測定点の積算時間が有限であるために、積算時間内での電荷状態の遷移を数え落とす事象が存在していた。そのような事象を考慮して、レートの補正法を新たに考案し、レートの解析手法に取り入れた。さらに、完全計数統計におけるより高次のキュムラントを評価することで、より複雑なスピン・電荷状態遷移のレートを評価する手法も同時に開発した。以上の研究成果は、現在学術誌に投稿中である。

对于一个实验，使用GAAS水平双量子点测量了通过非平衡声子进行单电子旋转的反转速率，我们使用理论计算和一种完美计数统计的方法开发了一种精确的速率评估方法。比较了通过它们获得的自旋反转速率的值，以验证设计了设计的旋转反转过程的机理的有效性。首先，关于理论计算，我们认为观察到的旋转反转现象发生在第一个实验中，在第一个实验中，声子激发在点内的水平与声子弛豫过程之间发生，并伴随着由于旋转轨道相互作用而引起的旋转反转。但是，使用完美计数统计技术的精确自旋反转率分析表明，当双点具有谐振时，应同时考虑同时考虑两个过程的二阶语音激发过程（两声断过程）。因此，通过合作者的合作，我们得出了一个理论方程式，用于确定使用两次旋转过程的旋转反转速率，其中使用哈密顿量，其中旋转轨道相互作用和电子相互作用的二阶术语是共存的。目前，我们目前正在编译理论方程式的数值计算，并将其与测量结果进行比较，并将尽快提交论文。此外，用于评估自旋反转率的完整计数统计数据已改进到该速率的分析方法。在实验中，获得了一个实时读取双点的电荷状态的信号，并且通过获取电荷状态的统计数据来分析速率，但是此时，由于测量点的累积时间是有限的，因此有一个事件计算出累积时间内电荷状态的过渡。考虑到此类事件，设计了一种新的速率校正方法，并将其纳入速率分析方法中。此外，已经开发了一种方法，以通过评估整个计数统计量中的高阶累积物来评估更复杂的旋转状态过渡的速率。上述研究结果目前已提交给学术期刊。