磁性体・半導体ハイブリッド構造によるナノスピンの生成と制御

本研究においては、化合物磁性半導体の原子層制御エピタキシャル量子井戸・規則配列量子ドット・自己組織化量子ドット等の各種ナノ量子構造を作製する。また、Co系合金などの金属強磁性体、あるいは半導体結晶とエピタキシャル成長するMn系化合物磁性体を接合あるいは組み合わせた、新しい磁性体・半導体ハイブリッドナノ構造を創出する。そして、このような磁性体・半導体ハイブリッドナノ構造のスピン光物性を調べるとともに、半導体のスピン秩序を磁性体により制御することを試みる。特に本年度は、これまでの研究成果である磁性半導体と非磁性半導体のナノ構造作成技術を生かして、非磁性半導体CdSe自己組織化量子ドットと磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸をトンネル結合させた全く新しい光スピン機能性量子ナノ構造を創製した。その結果、磁性半導体において光生成したスピン偏極電子を、共鳴トンネル効果により超高速かつ高効率に自己組織化量子ドットに注入することに成功した。さらに、電子ビームリソグラフィーにより作製した垂直磁化Co/Pt多層膜と磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸の複合ナノディスク構造を考案・作製した。ZnCdMnSeナノディスクの励起子発光の円偏光特性を調べ、Co垂直磁化より半導体ナノディスクに生じる局所的な垂直磁場により誘導される励起子巨大ゼーマン効果の発現を明らかにした。すなわち、強磁性体ナノ構造から生じる磁場を利用して、半導体励起子キャリアのスピン状態を制御することに成功した。また、磁場中円偏光ポンププローブ分光により、磁性半導体CdMgMnTeと非磁性半導体CdTe量子井戸をトンネル結合させた磁性結合二重量子井戸におけるキャリアスピンダイナミクスを研究した。その結果、磁性井戸において光生成したスピン偏極電子・正孔は、個別トンネルにより非磁性井戸へ輸送されることを示した。

本研究においては、化合物磁性半導体の原子層制御エピタキシャル量子井戸・規則配列量子ドット・自己組織化量子ドット等の各種ナノ量子構造を作製する。また、Co系合金などの金属強磁性体、あるいは半導体結晶とエピタキシャル成長するMn系化合物磁性体を接合あるいは組み合わせた、新しい磁性体・半導体ハイブリッドナノ構造を創出する。そして、このような磁性体・半導体ハイブリッドナノ構造のスピン光物性を調べるとともに、半導体のスピン秩序を磁性体により制御することを試みる。特に本年度は、これまでの研究成果である磁性半導体と非磁性半導体のナノ構造作成技術を生かして、非磁性半導体CdSe自己組織化量子ドットと磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸をトンネル結合させた全く新しい光スピン機能性量子ナノ構造を創製した。その結果、磁性半導体において光生成したスピン偏極電子を、共鳴トンネル効果により超高速かつ高効率に自己組織化量子ドットに注入することに成功した。さらに、電子ビームリソグラフィーにより作製した垂直磁化Co/Pt多層膜と磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸の複合ナノディスク構造を考案・作製した。ZnCdMnSeナノディスクの励起子発光の円偏光特性を調べ、Co垂直磁化より半導体ナノディスクに生じる局所的な垂直磁場により誘導される励起子巨大ゼーマン効果の発現を明らかにした。すなわち、強磁性体ナノ構造から生じる磁場を利用して、半導体励起子キャリアのスピン状態を制御することに成功した。また、磁場中円偏光ポンププローブ分光により、磁性半導体CdMgMnTeと非磁性半導体CdTe量子井戸をトンネル結合させた磁性結合二重量子井戸におけるキャリアスピンダイナミクスを研究した。その結果、磁性井戸において光生成したスピン偏極電子・正孔は、個別トンネルにより非磁性井戸へ輸送されることを示した。