半導体量子点におけるスピンおよび励起子状態のコヒーレント制御に関する研究

半导体量子点自旋态和激子态的相干控制研究

基本信息

批准号：
14740183
负责人：
池沢道男
金额：
$ 2.24万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体量子点の励起子コヒーレンスに関する重要な情報が得られる四光波混合実験を、少数の量子点でも可能にするために強力なツールとなる高感度の検出システムを構築した。システムはヘテロダイン検出の考えに基づいており、試料からの散乱光や外部光の影響を受けずに高感度に微弱な信号を検出することが出来る。昨年度までに、15層程度の量子点試料における実験には成功していたが、本年度はさらに改良を進めて、単層の量子点試料において四光波混合信号を観測できるまでになった。これを2種類の量子点試料に適用し、興味深い結果を得た。まず試料として、歪誘起GaAs量子点を用いた。このタイプの試料では、信号強度を増すために量子点層を多層化することが原理的に難しく、これまでのところ時間領域でコヒーレンスを議論した報告は無かった。本研究では、上記システムを用いることで、初めて時間分解縮退四光波混合を高いS/N比で観測し、明瞭なビート信号も観測した。このビート信号は、偏光依存性などから歪誘起量子点中の励起子分子に起因することが分かった。この結果は、歪誘起量子点という特殊な条件を生かせば、2次元的な量子井戸と0次元的な歪誘起量子点での励起子分子の束縛エネルギーの直接的な比較が出来るものと期待され、興味深い。もう一つの試料として、透明電極により電場を印加できるInP量子点を用いた。この試料では元々電子が1〜2個程度ドープされていることが分かっており、バイアス電圧によってその個数をコントロールすることが出来る。それによって励起子のコヒーレンスがどんな影響を受けるか興味がもたれた。四光波混合信号は低バイアス領域では電場印加に伴って信号強度が数十倍に増大し、さらにバイアスを上げていくと減衰時闘が短くなる現象が観測された。これらは電圧印加に伴いドットからのトンネリングが増大することと、残留キャリアが減少して吸収飽和カヨ回復することと関連していると考えられるが、詳細については検討中である。

已经构建了一个高度敏感的检测系统，这是一个强大的工具，可以实现四波混合实验，即使在少数量子点也可以提供有关半导体量子点的激子连贯性的重要信息。该系统基于杂作检测的概念，并且可以检测具有高灵敏度的弱信号，而不会受到样品的散射光或外部光的影响。到去年，我们已经成功地对约15层的量子点样品进行了实验，但是今年我们已经进一步改善了结果，直到可以观察到单层量子点样品中的四波混合信号。这将其应用于两种类型的量子点样品，并获得了有趣的结果。首先，将应变诱导的GAAS量子点用作样品。在这种样本中，多层量子点层很难增加信号强度，到目前为止，还没有讨论时间域中的连贯性。在这项研究中，使用上述系统，首次以高S/N比观察到时间分辨的退化四波混合，还观察到明确的Beat信号。发现该节拍信号是由于偏振依赖性等应变诱导的量子点中的激子分子引起的。该结果很有趣，有望使用特殊的量子点的特殊条件，可以直接比较二维量子孔和零维应变诱导的量子点的激子分子的结合能。作为另一个样品，使用了允许通过透明电极应用电场的INP量子点。众所周知，最初在此样品中掺杂了一个或两个电子，并且可以通过偏置电压来控制这些电子的数量。这让我很好奇，看到激子的连贯性会受到影响。在低偏置区域，随着电场的应用，四波混合信号的信号强度增加了几十倍，当偏见增加时，已经观察到衰减斗争变短。这些被认为与使用电压施加的点相关的隧道以及剩余载体的减少以及吸收饱和度的恢复有关，但是正在考虑细节。