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

基本信息

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

项目摘要

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。

电子旋转与核自旋基团（超细相互作用）之间的相互作用引起了使用半导体对量子操作的关注。超铁相互作用被认为是一种自旋松弛机制，最终限制了量子点的长电子自旋松弛时间，并且通过这种相互作用，这是由注入的电子旋转引起的动态核极化产生的核磁场会引起电子能量水平的变化（Orhauser Shings）。特别是，在量子点中，这种相互作用的数量级更强，因为电子的波函数是局部的。在这项研究中，我们第一次观察到核自旋极化，这是第一次使用自组装量子点泵送，但尚未观察到。成功的核自旋光学泵送的意义非常有用，因为可以层压以生长量子点的自组装量子点。来自单个inalas量子点的发射显示出多达105个微电子电压的大关移，取决于激发强度。当观察到voigt构型中激子发射线的分裂并评估电子和孔的G因子时，发现由于核自旋极化引起的电子感受到的有效磁场为4.2 tesla。这些表明量子点可以视为在纳米尺寸中产生强磁场的纳米磁体。同时，经过实验发现，可以控制核自旋极化因子以进行激发极化，并且核自旋形成时间最多在10秒内。换句话说，这意味着可以在相对较短的时间内打开和关闭纳米磁铁，并在实现最初的研究目标时，也取得了实用和有意义的结果。此外，作为一种在量子操作中使用核磁场的新方法，我们提出，使用一种称为G-Factor工程的方法，可以通过材料和结构的组合来实现光旋转和电子自旋之间的量子转换，在核旋转导致的有效磁场中可以更灵活，并在理论中成功证明了这一点。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Photon Antibunching Observed from an InAlAs Single Quantum Dot

从 InAlAs 单量子点观察到的光子反聚束

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Jpn. J. Appl. Phys. Express Lett Vol. 44, No.25
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Applied Physics Letters 87
影响因子：
0
作者：
湊真理絵;ら;T.Watanuki;T. Arai;S.Muto
通讯作者：
S.Muto

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)
影响因子：
0
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
通讯作者：
S. Kimura;H. Kumano;M. Endo;I. Suemune;T. Yokoi;H. Sasakura;S. Adachi;S. Muto;H. Z. Song;S. Hirose;Tatsuya Usuki

Biexcitons and their dephasing processes in ZnO

ZnO 中的双激子及其失相过程

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
physica status solidi(c) 2
影响因子：
0
作者：
Y.;Kobayashi;et al.;S.Adachi
通讯作者：
S.Adachi

Observation of spin relaxation in self-assembled InAlAs quantum dots by using four-wave mixing technique

利用四波混频技术观察自组装InAlAs量子点的自旋弛豫

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Physica status solidi(c) 2
影响因子：
0
作者：
Y.;Kobayashi;et al.;S.Adachi;T. Arai;S.Adachi
通讯作者：
S.Adachi

DOI：
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足立智其他文献

Erイオンにおける誘導ラマン断熱通過

Er 离子的受激拉曼绝热通道

DOI：
发表时间：
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0
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通讯作者：
後藤秀樹

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发表时间：
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通讯作者：
T.Taniguchi

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DOI：
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安井翔一郎;平石真也;石澤淳;尾身博雄;稲葉智宏;Xuejun Xu;鍜治怜奈;足立智;俵毅彦;松山知樹,吉川聡一,藤木裕宇,塚田実緒,高谷光,安田伸広,新田清文,中谷直輝,根岸雄一,山添誠司
通讯作者：
松山知樹,吉川聡一,藤木裕宇,塚田実緒,高谷光,安田伸広,新田清文,中谷直輝,根岸雄一,山添誠司