Generation of arbitrary polarized single-photons by injection of spin electric current to a silicon carbide MOS device

通过向碳化硅 MOS 器件注入自旋电流生成任意偏振单光子

• 批准号: 22H01517
• 负责人: 土方 泰斗
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01517/
• 关键词: 炭化ケイ素(SiC); 単一光子源; スピン電流; 偏光; MOS界面; 単一光子源(SPS); スピン電流注入; 円偏光; 炭化ケイ素

SiC基板の熱酸化によってMOS界面に表面単一光子源(SPS)を形成し，酸化温度などの酸化条件を最適化する．なお，SPSの評価にはフォトルミネッセンス(PL)測定に加え，光子相関測定における単一光子純度および生成レートを指標に用いた．また，既存の共焦点蛍光顕微鏡(CFM)に偏光解析システムを導入し，各表面SPSの偏光特性データを取得していく．以上の計画を踏まえ実験を行った結果，通常の六方晶表面に表面SPSを形成した場合，面に平行な偏光方向を有する直線偏光の発光が観測され，その偏光角は基板の結合軸と平行であった．また，多数の表面SPSの偏光特性を調査したところ，互いに120°異なる基板３回対称構造に起因した３種類の偏光角を持つSPSがそれぞれ1/3の出現率で観測された．このことは，表面SPSが最表面原子のバックボンドに形成される複合欠陥であり，表面ボンドよりもバックボンドに形成され易いことを示唆している．実験的に同定された表面SPSに対して，詳細な物性値を第１原理計算により求め，SiC/酸化膜界面と表面SPSのモデル化を実施した．その結果，酸素ポテンシャルエネルギーが小さくなるほどSi置換酸素(O_Si)ができ易く，逆にそれが大きくなるほどO_Cができ易くなる事がわかった．また，発光準位の計算結果より，この二つの点欠陥が最もエネルギー的に安定した構造であり，表面SPSの構造として有力候補であることが示唆された．SiC MOS界面へのスピン注入を目指し，Niを磁化膜として採用し，既にSiC低抵抗n型オーミック接合で実績のあるNi/SiC接合を形成した．このような電極構造を有したデバイスを作製し，スピンバルブ測定を行い，スピン偏極電流を評価した．その結果，期待通りのスピン電流注入に伴うデバイス内部の電界は現れなかった．

The SiC substrate is によって thermally acidified, the MOS interface に surface is 単, a photon source (SPS)を is used to form に, the acidification temperature is な <s:1>, the acidification conditions are を and optimized する. な お, SPS の review 価 に は フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン ス (PL) に え, photon phase masato に お け る 単 a photon purity お よ び generated レ ー ト を index に with い た. ま た, existing の 蛍 total focus light 顕 micro mirror (CFM) に polarization analysis シ ス テ ム を import し, the surface of SPS の polarization characteristics デ ー タ を obtain し て い く. Above の project を tread ま え be 験 を line っ た results, usually の SPS を に surface formation on the surface of hexagonal し た occasions, surface parallel な に polarization direction has す を る linear polarization の 発 light が 観 measuring さ れ, そ の polarization Angle は substrate の combined with parallel axis と で あ っ た. ま た, most の surface SPS の polarization feature を survey し た と こ ろ, mutual い に 120 ° different な る substrate 3 back to the said structure cause に seaborne し た 3 kinds の polarization Angle を hold つ SPS が そ れ ぞ れ 1/3 の occur in で 観 measuring さ れ た. こ の こ と は, SPS が the surface atoms の バ ッ ク ボ ン ド に form さ れ る composite owe 陥 で あ り, surface ボ ン ド よ り も バ ッ ク ボ ン ド に form さ れ easy い こ と を in stopping し て い る. Be 験 に with fixed さ れ た surface SPS に し seaborne て, detailed numerical を な physical properties first principle calculation に よ り め, SiC/SPS と acidification membrane interface surface の モ デ ル change を be applied し た. そ の results, acid ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ ー が small さ く な る ほ ど Si element displacement acid (O_Si) が で き く, inverse に そ れ が big き く な る ほ ど O_C が で き easy く な る matter が わ か っ た. ま た, 発 light quasi の results よ り, こ の two つ の point owe 陥 が most も エ ネ ル ギ ー に stability し た tectonic で あ り, surface SPS の tectonic と し て powerful backup で あ る こ と が in stopping さ れ た. SiC MOS interface へ の ス ピ ン injection を refers し, Ni を magnetization film と し て USES し, both に SiC low resistance n-type オ ー ミ ッ ク joint で be performance の あ る Ni/SiC joint を form し た. を こ の よ う な electrode structure has し た デ バ イ ス を as し, ス ピ ン バ ル ブ determination を い, ス ピ ン を bias current rating 価 し た. As a result, it is expected that a スピ スピ <e:1> current will be injected into the に and うデバ ス ス interior, and the <s:1> electrical field appears れな れな った った.