半導体量子ドットネットワークにおけるスピン情報伝搬ダイナミクス

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研究実施計画にしたがい、平成21年に引き続き本年度は以下の研究を実施した。(1)自己組織化量子ドットと希薄磁性半導体結合構造の微細加工自己組織化量子ドットと希薄磁性半導体の結合構造を利用して、希薄磁性半導体に光生成した電子・励起子スピンを量子ドット集合体の特定位置に注入するため、電子ビームリソグラフィーにより希薄磁性半導体層の微細加工を行った。その結果、直径200nm程度のメサ構造を作製することができた。さらに、このような自己組織化量子ドットと希薄磁性半導体の結合ナノ構造に対して、磁場中での円偏光顕微発光分光を行い、特定の量子ドット集合体における高い円偏光度を持つ発光スペクトルを観測し、そのスピン注入現象を確認することができた。(2)自己組織化量子ドットへのスピン注入と量子ドット間スピン伝搬ダイナミクスの分光計測希薄磁性半導体と結合した量子ドットに対して、円偏光を用いたピコ秒時間分解発光分光により、量子ドットへのスピン注入を示す発光とその円偏光度の時間変化、およびその詳細な励起子エネルギー依存性や励起密度依存性、さらに温度依存性などを測定した。このような測定結果に対して、スピン伝搬ダイナミクスとドット内スピン緩和時定数を取り込んだレート方程式解析を行い、注入されたスピンのドット間伝搬ダイナミクスとドット内スピン緩和ダイナミクスについて明らかにした。その結果、低温領域において主としてトンネル過程によりスピン偏極キャリアが伝搬する場合、スピン緩和は量子ドット内におけるスピン緩和過程に支配される。これに対して、温度が上がってくると、各量子ドット内に局在しているスピンが熱励起されるためドット間を拡散し、このような拡散過程におけるスピン緩和が顕著となる。