歪み超格子構造によるスピン偏極電子ビームの生成

使用应变超晶格结构产生自旋极化电子束

• 批准号: 09244210
• 负责人: 中西 彊
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09244210/
• 关键词: 電子スピン; 偏極電子ビーム; 負の電子親和性; NEA表面; 超格子; 偏極度; スピン緩和時間

スピン偏極電子ビームの生成方法として,超格子構造半導体型フォトカソードを試作し,このカソードから得られるビームの性能を系統的に調べた。MBE法により試作した超格子構造は,GaAs-AlGaAs,InGaAs-GaAs,InGaAs-AlGaAsの3種類であり,後者2つは歪み井戸層を有している。それぞれのフォトカソードに対し調べた性能は,(1)偏極度,(2)量子効率,(3)表面電荷制限現象,(4)スピン緩和時間の4つであり,前の3項目は名古屋大学の偏極電子源装置,最後の項目は大阪府立大学のフォトルミネッセンス観測装置により測定した。この結果それぞれの項目に対し,以下のような新しい知見を世界に先駆けて明かにすることができた。(1) 最も高い偏極度(〜90%)はInGaAs-GaAsにより得られる。InGaAs-AlGaAsでは(70〜80)%が得られ,GaAs-AlGaAsでは約70%が限界となることが判明した。この理由についてはなお追求中である。(2) 高い量子効率(〜0.5%)がGaAs-AlGaAsで得られ,これに準じた量子効率がInGaAs-AlGaAsでも可能であること,これに反してInGaAs-GaAsは1桁低い量子効率しか得られないことが確かめられた。これらのデータから「高い量子効率にはバンドギャップの広い超格子構造が有利である」という法則性を導くことができた。(3) 70keV電子銃を用いて,高密度・ナノ秒マルチバンチ・偏極電子ビームの生成試験を実施した。このテーマの課題は,NEA表面に溜まる電子により後続の電子が真空に出るのが阻害される表面電荷制限現象の緩和であったが,超格子構造による伝導帯のシフトを利用しNEAを大きくする方法によりこの現象を克服でき,空間電荷制限密度のマルチバンチビームが生成可能であることを証明できた。(4) 3種類の超格子につきフォトルミネッセンス測定を実施し,室温でのスピン緩和時間は(70〜100)ピコ秒,全緩和時間は(60-70)ピコ秒の範囲に分布することを明らかにした。

ス ピ ン partial pole electronic ビ ー ム method to generate の と し て, superlattice structure type semiconductor フ ォ ト カ ソ ー ド を attempt し, こ の カ ソ ー ド か ら have ら れ る ビ ー ム の に を system performance tuning べ た. Method of MBE に よ り attempt し た は superlattice structure, GaAs - AlGaAs, InGaAs - GaAs, InGaAs - AlGaAs の 3 kinds で あ り, the latter two つ は slanting み opens well layer を have し て い る. そ れ ぞ れ の フ ォ ト カ ソ ー ド に し adjustable べ seaborne た は performance, extreme (1), (2) quantum working rate, (3) the surface charge limit phenomenon, (4) ス ピ ン time の 4 つ で あ り, former の 3 project は の partial electronic source device, Nagoya university last の project は Osaka prefecture university の フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン ス device 観 test に よ り determination し た . こ の results そ れ ぞ れ の project に し polices, the following の よ う な new し い knowledge を world に 駆 first け て Ming か に す る こ と が で き た. (1) The highest value of によ is skewed to the extreme (~ 90%), によ InGaAs-GaAsによ によ, and we get られる. InGaAs - AlGaAs で は (70 ~ 80) % が ら れ, GaAs - AlGaAs で は about 70% が limit と な る こ と が.at し た. Youdaoplaceholder3 である reason に に て て なお なお pursuing である. (2) high い quantum sharper rate (~ 0.5%) が GaAs - AlGaAs で have ら れ, こ れ に quasi じ た quantum が sharper rate InGaAs - AlGaAs で も may で あ る こ と, こ れ に anti し て InGaAs - GaAs は 1 low girder い quantum sharper rate し か have ら れ な い こ と が か indeed め ら れ た. こ れ ら の デ ー タ か ら "い quantum high working rate に は バ ン ド ギ ャ ッ プ の hiroo い superlattice structure が favorable で あ る" と い う law sex を guide く こ と が で き た. (3) 70 kev electron spear を with い て, high density, ナ ノ seconds マ ル チ バ ン チ, partial pole electronic ビ ー ム の generated test を be applied し た. こ の テ ー マ の topic は, NEA surface に sneak ま る electronic に よ り after 続 の electron が vacuum に る の が resistance against さ れ る phenomenon of surface charge system limit の ease で あ っ た が, superlattice structure に よ る 伝 guide 帯 の シ フ ト を using し NEA を big き く す る method に よ り こ の phenomenon を overcome で き, density of space charge system limit の マ ル チ バ ン チ ビ ー ム Youdaoplaceholder0 generates possible である とを とを proofs で た た. (4) 3 kinds の superlattices に つ き フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン ス determination を be し, room temperature で の ス ピ ン time は (70 ~ 100) ピ コ seconds, full time は (60-70) ピ コ seconds の van 囲 に distribution す る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

T.Nakanishi 他17名: "High Polarized Electrons from Superlattice Photocathocles" AIP Conference Proceedings. 421. 300-310 (1998)

T. Nakanishi 和其他 17 人：“来自超晶格光阴极的高极化电子”AIP 会议记录，421. 300-310 (1998)。

S.Okumi 他12名: "Design of a 200KeV PolarizedGun for a Linear Collider" Proceedings of the 22nd Linear Accelerator Meeting. 272-274 (1997)

S. Okumi 和其他 12 人：“直线对撞机的 200KeV 极化枪的设计”第 22 届直线加速器会议记录 272-274 (1997)。

C.Suzuki 他11名: "An Experimental Study to Reduce the Field Emission ParkCurrent from the Clean Copper Surface Prepared for an RF-Gun Cavity" Proceedings of the 22nd Linear Accelerator Meeting. 275-277 (1997)

C. Suzuki 和其他 11 人：“减少为射频枪腔准备的清洁铜表面的场发射公园电流的实验研究”第 22 届直线加速器会议记录 275-277 (1997)。

M.Tawada 他11名: "Quaritum-efficiency Dependence of the Spin Polanization of Photoemission from a GaAs-AlGaAs Superlattice" Japanese Journal of Applied Physics. 36巻5A号. 2863-2864 (1997)

M. Tawada 和其他 11 人：“GaAs-AlGaAs 超晶格光电子发射的量子效率依赖性”，《日本应用物理学杂志》第 36 卷，第 5A 期（1997 年）。

S.Nakamura 他21名: "Acceleration of Polarized Electrons in ELSA" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. (掲載決定).

S. Nakamura 和其他 21 人：“ELSA 中极化电子的加速”核仪器和物理研究方法（已出版）。