先進の波長可レーザによる高い励起子準位の解明と量子ドットにおけるスピン制御の研究

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JSTの先端計測の委託事業で開発した高出力でASE-Free、広帯域にモードホップフリー同調可能な1μｍ帯の波長可変レーザと高効率でシャープカットオフなスペクトラフィルターを用いPLE測定により、極低温下の顕微スポットにおいて、GaAs基板上に自己組織化した個別InAs量子ドットの吸収スペクトルを高分解能で測定した。また、磁場印加により量子ドットのZeeman効果を調べた。その結果、自己組織化InAsドットはその形状を反映して実に多様な励起準位を形成していることを明らかになった。また、吸収、発光の偏光特性の解析から、殆どの励起準位間のフォノン緩和においてスピン状態は保存していることが分かった。励起子やスピンの操作に必要な量子ドットの多重励起子状態への光学遷移を、２台の波長可変レーザを用いる２光子分光法（２重共鳴法）により調べた。一方のレーザ波長を顕微スポットにある特定の量子ドットの吸収スペクトルに固定し、もう一方の波長を掃引しながらPLE測定を行った。用いたサンプルには１μｍφの顕微スポットに数十個の量子ドットが存在しているが、同時励起のPLEスペクトルから個別のレーザで励起した場合のPLEスペクトルの和を引くことにより、狙った量子ドットの多重励起子状態への吸収スペクトルを明らかにした。同じ量子ドットにいて励起子分子などの多重励起子状態への吸収スペクトルは通常の励起子吸収と類似のスペクトルパターンを呈すが、量子ドット内の電子相関により、多重励起子吸収線は対応する励起子吸収線より高エネルギー側にずれていることが分かった。CTPなどの量子光学的分光に必要なMHｚレベルの安定性と制御性を有する波長可変レーザシステムの開発を進めた。CTPの測定に必要な微弱光の高感度検知のため1μｍ帯のフォトンガウンティングシステムの立ち上げた。尚、この研究は私の退職後も研究室で引き継がれる。