磁性半導体量子細線の形成と磁気光物性の研究

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本研究は、Cd_<1-x>Mn_xTe、Cd_<1-x>Mn_xSe、Zn_<1-x>Mn_xSeなどの磁性半導体を用いて10-100nmスケールの量子構造を作製し、この量子構造に発現される低次元電子状態を反映した磁気光学特性と光学機能を研究することを目的としている。このため、磁性半導体量子細線、量子ドット、量子井戸を作製し、この量子構造の中で起きる電子や励起子のダイナミクス、低次元巨大磁気光学効果を、超高速発光時間分解分光、過渡的ポンププローブ分光により明らかにし、新しい磁気光学機能性、磁気光学デバイスヘの応用に関して研究した。磁性半導体ナノ構造の多様な磁気光学物性を明らかにするため、1次元、0次元の構造をもつ量子細線と量子ドットを作製した。これらのナノ構造の作製には、分子線エピタキシー成長と電子ビームリソグラフィー極微細加工を用いパターン描画と化学エッチング、メサ構造上への成長、自己組織化などを活用し、10nm精度の1、0次元の極微細構造、またこれらの複合構造を作製した。これらの磁性半導体ナノ構造の形状や結晶学的評価を、原子間力顕微鏡、X線回折により行い、ナノ構造におけるフェムト秒からピコ秒領域における超高速電子ダイナミクス、スピン物性を、磁場下のポンプ・プローブ過渡吸収分光、過渡的発光分光により解明した。ナノ構造上での電子や励起子のスピンのダイナミクスは、励起子磁気ポーラロン形成やスピン注入の過程を反映しており、円偏光特性を用いた時間分解分光により明らかにした。