量子ドットを使った光誘起ナノマグネットの形成とその光制御

使用量子点形成光诱导纳米磁体及其光学控制

• 批准号: 17656001
• 负责人: 足立 智
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656001/
• 关键词: 核スピン; 電子スピン; 超微細相互作用; 単一量子ドット; オーバーハウザーシフト; 偏極率; InAlAs; キュービット変換

電子スピンと核スピン集団との相互作用(超微細相互作用)は半導体を使った量子演算で注目されている。超微細相互作用は、量子ドットの長い電子スピン緩和時間を最終的に制限するスピン緩和メカニズムと考えられ、またこの相互作用を通して、注入された電子スピンが引き起こす動的核分極により発生した核磁場は、電子エネルギー準位のシフト(オーバーハウザーシフト)を誘起する。特に量子ドットでは、電子の波動関数が局在するのでこの相互作用が桁違いに強い。本研究では、これまで観測されていなかった自己集合量子ドットで光ポンピングによる核スピン偏極を初めて観測した。積層して量子ドットが成長可能な自己集合量子ドットで、核スピンの光ポンピングに成功した意義は大きい。励起強度に依存するが、単一InAlAs量子ドットからの発光が最大105マイクロ電子ボルトのオーバーハウザーシフトを示した。Voigt配置における励起子発光線の分裂を観測し、電子と正孔のg因子を評価したところ、核スピン偏極によって電子が感じる実効磁場は4.2テスラに及ぶことが分かった。これらにより、量子ドットがナノメートルサイズで強磁場を発生するナノマグネットとみなせることを実証した。同時に励起偏光に核スピン偏極率が制御可能であること、核スピン形成時間が最大10秒以内であることを実験的に見出した。すなわちナノマグネットのオン・オフが比較的短時間で光により行えることを意味しており、当初の研究目的を達成したと同時に、実用的にも意義深い結果を得た。また量子演算における核磁場の新しい利用法として、従来g因子工学という手法で、材料と構造の組み合わせにより実現可能とされていた光スピン-電子スピン間のキュービット変換が、核スピン偏極による実効磁場でより柔軟性をもって実現できることを提案し、理論的に示すことにも成功した。

The interaction between electron and nucleus (ultra-fine interaction) makes quantum calculation possible. Ultrafine interactions induce the generation of nuclear magnetic fields and electron production levels in the nuclear polarization of quantum electrons, which are eventually controlled by the relaxation time of electron particles. In particular, the interaction between quantum particles and electrons is strong. In this study, we measured the initial polarization of the optical system. It is important to realize the success of quantum technology development by combining quantum technology with nuclear technology. Excitation intensity depends on the intensity of light emitted from a single InAlAs quantum device, and the maximum intensity of light emitted from an InAlAs quantum device is 105. Voigt configuration for excitation light splitting measurement, electron and positive hole g factor evaluation, nuclear polarization, electron sensing, magnetic field is 4.2 degrees and less The magnetic field is generated by the magnetic field and the magnetic field is generated by the magnetic field At the same time, the polarization ratio of the excitation light is controlled, and the formation time of the light is up to 10 seconds. The purpose of this study was achieved in a short period of time and the results were profound. A new method of using nuclear magnetic field in quantum computation is proposed, which is based on g-factor engineering. The method of combining materials and structures is proposed, and the theoretical demonstration is successfully carried out.

项目成果

Photon Antibunching Observed from an InAlAs Single Quantum Dot

从 InAlAs 单量子点观察到的光子反聚束

• 发表时间: 2005
• 期刊: Jpn. J. Appl. Phys. Express Lett Vol. 44, No.25
• 作者: S. Kimura;H. Kumano;M. Endo;I. Suemune;T. Yokoi;H. Sasakura;S. Adachi;S. Muto;H. Z. Song;S. Hirose;and T. Usuki
• 通讯作者: and T. Usuki

Photon-spin qubit-conversion based on Overhauser shift of Zeeman energies in quantum dots

基于量子点中塞曼能量的奥豪瑟位移的光子自旋量子位转换

• 发表时间: 2005
• 期刊: Applied Physics Letters 87
• 作者: 湊真理絵;ら;T.Watanuki;T. Arai;S.Muto
• 通讯作者: S.Muto

Biexcitons and their dephasing processes in ZnO

ZnO 中的双激子及其失相过程

• 发表时间: 2005
• 期刊: physica status solidi(c) 2
• 作者: Y.;Kobayashi;et al.;S.Adachi
• 通讯作者: S.Adachi

Single-photon generation from InAlAs single quantum dot

• DOI: 10.1002/pssc.200562027
• 发表时间: 2005-11
• 期刊: Physica Status Solidi (c)
• 作者: S. Kimura;H. Kumano;M. Endo;I. Suemune;T. Yokoi;H. Sasakura;S. Adachi;S. Muto;H. Z. Song;S. Hirose;Tatsuya Usuki

Dynamic nuclear polarization in a self-assembled InAlAs quantum dot

自组装 InAlAs 量子点中的动态核极化

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physica status solide(c) 2
• 作者: Y.;Kobayashi;et al.;S.Adachi
• 通讯作者: S.Adachi