半導体量子ドット中の電子スピン配列とそのコヒーレント光制御

半导体量子点中的电子自旋排列及其相干光控制

• 批准号: 15034208
• 负责人: 南 不二雄
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15034208/
• 关键词: 量子ドット; スピン; シェル構造; 微細構造; GaAs; 交換相互作用; 励起子; 液滴エピタキシー

半導体量子ドットのエネルギー構造はシェル構造をとり、キャリアー密度の増加とともにエネルギーの低いシェルから徐々に埋まっていき、それに伴い新しい最低励起子線の数meV低エネルギー側に複数の発光線が観測される。この構造は電子・電子、正孔・正孔間の交換相互作用を反映した構造であると考えられている。本研究では、液滴エピタキシー法で作成したGaAs/Al_<0.4>Ga_<0.6>As量子ドット(ドット径〜15nm、密度〜10^9cm^<-2>)からの微小領域(1μm以下)からの発光(μPL)を調べることにより、半導体量子ドットであるGaAs単一量子ドットにおいて電子準位、特に励起子準位の線幅が十分に狭いこと、電子構造はシェル構造を持つこと、および電子・電子、正孔・正孔間の交換相互作用を反映した微細構造があることを示めした。励起光の強度が十分に弱い状況では、量子ドット内に注入される電子・正孔は平均として1個以下であるが、徐々に励起光を強くすると、ドット内部のキャリアーの数が2個存在する状況が許されることになる。この時の最低エネルギー状態はSシェルに励起子が2個占有する状態であり、多体効果によりエネルギー的に安定化した2励起子状態が形成される。この状態からの光放出は、安定化した2励起子状態から1励起子状態への光遷移とみなされるため、発光線は1励起子発光線から、安定化エネルギーの分だけ低エネルギー側へシフトすることとなる。さらに励起光を強くすると、低エネルギー側にいくつかのピークが観測された。これはPシェルの電子、正孔が占有した際にどのようなスピン配列で占有するかが、キャリアー問の交換相互作用を通してSシェル励起子の発光に影響することにより生じる多重構造である。この微細構造を詳しく解析することにより、1個の量子ドット内の電子スピン相関の詳細が解明できる。

Semiconductor quantum ド ッ ト の エ ネ ル ギ ー tectonic は シ ェ ル tectonic を と り, キ ャ リ ア ー density の raised plus と と も に エ ネ ル ギ ー の low い シ ェ ル か ら xu 々 に buried ま っ て い き, そ れ に with new し い い low number of minimum excitation screwdriver line の meV エ ネ ル ギ ー side に plural の 発 light が 観 measuring さ れ る. The <s:1> <s:1> exchange interaction を between <s:1> electrons and electrons, and between regular holes and regular holes reflects the た た structure であると examination えられて る る る. This study で は, droplet エ ピ タ キ シ ー method で made し た GaAs/Al_ < 0.4 > Ga_ < 0.6 > the As quantum ド ッ ト (ド ッ ~ 15 nm ト diameter and density of ~ 10 9 cm ^ ^ < - > 2) か ら の small areas (below 1 microns) か ら の 発 mu (PL) を light tones べ る こ と に よ り, semiconductor quantum ド ッ ト で あ る G AAs a quantum 単 ド ッ ト に お い て electron quasi bits, special に excitation screwdriver must bits の line width が very narrow い に こ と, electronic structure は シ ェ ル tectonic を hold つ こ と, お よ び electronics, electronics, is hole, hole is の exchange interaction between を reflect し た fine-structure が あ る こ と を shown め し た. Excitation light intensity of の が with very weak に い condition で は, quantum ド ッ ト に within injection さ れ る electronic · is hole は average と し て below 1 で あ る が and xu 々 に wound up strong light を く す る と, ド ッ ト internal の キ ャ リ ア ー の number が exist two す る condition が xu さ れ る こ と に な る. こ の の lowest エ ネ ル ギ ー state は S シ ェ ル に excitation screwdriver が 2 occupies す る state で あ り, multi-body unseen fruit に よ り エ ネ ル ギ ー に stabilization of し た 2 excitation screwdriver state が form さ れ る. こ の state か ら の light emit は, stabilization し た 2 state of excitation screwdriver か ら 1 state of excitation screwdriver へ の light migration と み な さ れ る た め, 1 excitation 発 light は screwdriver 発 light か ら, stabilization エ ネ ル ギ ー の points だ け low エ ネ ル ギ ー side へ シ フ ト す る こ と と な る. Strong を さ ら に wound up light く す る と, low エ ネ ル ギ ー side に い く つ か の ピ ー ク が 観 さ measurement れ た. こ れ は P シ ェ ル の electronics, hole is が occupies し た interstate に ど の よ う な ス ピ ン match column で occupies す る か が, キ ャ リ ア ー asked の exchange interaction を tong し て S シ ェ ル excitation screwdriver の 発 light に influence す る こ と に よ り raw じ る multiple tectonic で あ る. こ の fine-structure を detailed し く parsing す る こ と に よ り, 1 の quantum ド ッ ト の within electronic ス ピ ン phase masato の detailed が interpret で き る.

项目成果

Y.Mitsumori, A.Oiwa, F.Minami, H.Munekata: "Dynamics of photoinduced magnetization rotation in ferromagnetic semiconductor p-(Ga, Mn)As"Physical Review B. 69. 033203 (2004)

Y.Mitsumori、A.Oiwa、F.Minami、H.Munekata：“铁磁半导体 p-(Ga, Mn)As 中光致磁化旋转的动力学”物理评论 B. 69. 033203 (2004)

T.Komori, T.Ishikawa, J.Yoshino, F.Minami, S.Koshihara: "Carrier-density dependence of magnetic and magneto-optical properties of (Ga, Mn)As"Physical Review B. 67. 115203 (2003)

T.Komori、T.Ishikawa、J.Yoshino、F.Minami、S.Koshihara：“(Ga, Mn)As 的磁和磁光特性的载流子密度依赖性”物理评论 B. 67. 115203 (2003)

S.Sanguinetti, M.Gurioli, T.Kuroda, K.Watanabe, F.Minami: "Carrier relaxation in quantum dots without wetting layer"Physica E. 17. 91-93 (2003)

S.Sanguinetti、M.Gurioli、T.Kuroda、K.Watanabe、F.Minami：“没有润湿层的量子点中的载流子弛豫”Physica E. 17. 91-93 (2003)

A.Hasegawa, T.Kishimoto, Y.Mitsumori, M.Sasaki, F.Minami: "Temporal Behavior of Quantum Interfered Polarization between Two Excitons"Proc.26th Int.Conf.Semicond.Phys.. 44 (2003)

A.Hasekawa、T.Kishimoto、Y.Mitsumori、M.Sasaki、F.Minami：“两个激子之间量子干涉偏振的时间行为”Proc.26th Int.Conf.Semicond.Phys.. 44 (2003)

Y.Hashimoto, T.Kuroda, F.Minami: "Biexciton Faraday Rotation in GaAs/AlGaAs quantum wells"Proc.26th Int.Conf.Semicond.Phys.. H255 (2003)

Y.Hashimoto、T.Kuroda、F.Minami：“GaAs/AlGaAs 量子阱中的双激子法拉第旋转”Proc.26th Int.Conf.Semicond.Phys.. H255 (2003)