半極性面窒化物量子構造とフォトニック結晶を融合した高効率・多機能・極限光源の実現

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本研究では,物質と光の結合を促進し,結果生じる新たな物理現象の探索と応用を目指している.物質側の人為的な改質手法としては分子線エピクキシ法を利用したInAs/GaAs量子ドットを作成することで,直接遷移型半導体を用いた疑似原子系を採用した.一方で,光の場の制御手法としてフォトニック結晶に着目し,中でも作成が比較的容易かつ光を波長程度の微小空間に閉じ込めることができる2次元フォトニック結晶点欠陥ナノ共振器を用いた.量子ドットをナノ共振器中に埋め込むと,量子ドットから発生した光は共振器内にとどまり,その体積は前述のようにごく小さな領域に制限されている.このような状況では,離散的なエネルギーをもつ電子系と光子系が強く結合し,お互いを区別できないような新しい状態を生成する.共振器のQ値が低ければ,量子ドットの発光寿命が短くなるパーセル効果が,Q値が高ければラビ振動が観測される.本研究では,このような相互作用を利用した量子ゲートや単一光子光源の実現を目指すだけでなく,共振器Q値の動的な制御を達成することで時間領域での結合状態制御に取り組んでいる.すでに,共振器Q値の動的制御のコンセプト提起,量子ドットを含まない系におけるQ値制御を実現することに成功している.本年度は,量子ドットを含んだ系においてもQ値の制御が可能であることを示すことができ,着々と研究を進捗させている最中といえる.