光子偏光から量子ドット中の電子スピンへの単一量子間コヒーレント転写の物理の研究

量子点中从光子偏振到电子自旋的单量子相干转移物理研究

• 批准号: 11J09145
• 负责人: 藤田 高史
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J09145/
• 关键词: 量子情報転写; 単一電子スピン測定; 二重量子ドット; 光励起電子; 二重ヘテロ型量子井戸; 単一量子間角運動量転写; スピン閉塞; 量子情情報転写; 量子ドット; 半導体の光応答

当該年度は、目標とするコヒーレント転写の必要条件を探る一環として、二重ヘテロ量子井戸内の二重量子ドットを用いて円偏光から電子スピンへの単一量子間角運動量転写を実証した。昨年度までに実現していた光パルス照射実験や単一光子検出技術を応用し、今回スピン測定の新たな知見を得ると共にこれまで実現例の無かった単一光励起電子スピンの電気的な測定に成功している。固体中で直接スピンを測定するこの手法を用い、安定した単一円偏光照射測定が可能となり、GaAs系量子井戸の選択則に合致する角運動量転写を初めて単一量子間で確かめた。昨年度に評価したg-因子の制御された量子井戸を用い、二重量子ドット及び隣接する電荷検出器を作成した。測定は光学窓付きの無冷媒希釈冷凍機を用い、最低温は25mKである。ドット内電子数が(1,1)から(0,2)状態へと遷移するエネルギー条件に調整することで、スピン状態に依存したトンネル時間の観測が期待され、そのために有限磁場下での実時間電子トンネル測定を行った。光学系には新たにレーザービーム走査機能を導入し、集光度の高い条件でのビームの位置決めを可能にした。冷凍機内の試料直上にレンズを配置し、微細加工した遮光マスクよりも小さいビーム径(～7μm)を実現した。これにより試料への光照射の影響を大幅に軽減でき、その後の繰り返し照射測定に対する安定性を確保した。得られた結果を解析した結果、その後いくつかの方面へ研究が進展している。スピン検出精度をより向上するため温度に対してより大きなゼーマンエネルギーが必要であることが分かり、g-因子が大きめの新たな基板を用意した。また、コヒーレント転写には軽い正孔励起が必要であるので、異なる波長での照射実験も進めている。次の位相測定へ向けた高周波測定系も準備をし、高速スピン測定に向けた取り組みが現在進められている。

When the annual は, target と す る コ ヒ ー レ ン ト planning write の necessary を agent part る と し て, double ヘ テ ロ quantum well inside opens の double ド ッ ト を with い て has drifted back towards &yen; polarized か ら electronic ス ピ ン へ の 単 Angle between the quantum exercise planning write を card be し た. Yesterday annual ま で に be presently し て い た light パ ル ス irradiation be 験 や 単 a photon 検 technology を 応 し, today back to ス ピ ン determination の new た な knowledge を have る と altogether に こ れ ま で be example の now no か っ た 単 very light excitation of electron ス ピ ン の electric 気 な determination に success し て い る. Determination of solid で directly ス ピ ン を す る こ の gimmick を い, settle し た 単 one has drifted back towards &yen; polarized radiation measurement が may と な り, GaAs quantum well opens の sentaku is に close to す る Angle activity planning early writing を め て 単 で か indeed between a quantum め た. Yesterday annual に evaluation 価 し た g - factor の suppression さ れ た quantum well opens を い, double quantum ド ッ ト and び 隣 meet す る charge 検 extractor を made し た. To determine the <s:1> optical 窓 pair <s:1> <s:1> no refrigerant xishe chiller を for <s:1> with a minimum temperature of <s:1> 25mKである. ド ッ ト が number of electrons (1, 1) か ら (0, 2) state へ と migration す る エ ネ ル ギ に ー condition adjustment す る こ と で, ス ピ に ン state dependent し た ト ン ネ ル time の 観 measuring が expect さ れ, そ の た め に limited magnetic field で の be time electronic ト ン ネ ル line measurement を っ た. Department of light に は new た に レ ー ザ ー ビ ー ム walkthrough function を import し, set high luminosity の い condition で の ビ ー ム の position definitely め を may に し た. On the refrigerator inside の sample straight に レ ン ズ を configuration し, micro machining し た shading マ ス ク よ り も small さ い ビ ー ム diameter (~ 7 microns) を be presently し た. こ れ に よ り sample へ の light の を に sharply 軽 minus で き, そ の after の Qiao り return し exposure measurement に す seaborne る stability を ensure し た. Results have ら れ た を parsing し た results, そ の after い く つ か の が へ research progress し て い る. ス ピ ン 検 out precision を よ り upward す る た め temperature に し seaborne て よ り big き な ゼ ー マ ン エ ネ ル ギ ー が necessary で あ る こ と が points か り, big g - factor が き め の new た な substrate を intention し た. ま た, コ ヒ ー レ ン ト planning write に は 軽 い Kong Li up が necessary で あ る の で, different な る wavelength で の irradiation be 験 も into め て い る. Second の phase determination へ け た high frequency measurement system も prepare を し, high-speed ス ピ ン determination to け に た group take り み が now into め ら れ て い る.

项目成果

横型二重量子ドットにおける単一光子偏光から単一電子スピンへの角運動量転写の実証

横向双量子点中从单光子偏振到单电子自旋的角动量转移演示

• 发表时间: 2014
• 作者: Zhegang Huang;Seong-Kyun Kang;Motonori Banno;Tomoko Yamaguchi;Dongseon Lee;Chaok Seok;Eiji Yashima;Myongsoo Lee;藤田 高史
• 通讯作者: 藤田 高史

Nondestructive Real-Time Measurement of Charge and Spin Dynamics of Photoelectrons in a Double Quantum Dot

• DOI: 10.1103/physrevlett.110.266803
• 发表时间: 2013-06-25
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Fujita, T.;Kiyama, H.;Tarucha, S.
• 通讯作者: Tarucha, S.

Real-time detection of optically excited single electron spins in a lateral double ouantum dot

横向双量子点光激发单电子自旋的实时检测

• 发表时间: 2013
• 作者: Toshitaka Miyabe;Hiroki Iida;Motonori Banno;Tomoko Yamaguchi;Eiji Yashima;Takafumi Fujita
• 通讯作者: Takafumi Fujita

Detection of Inter-dot Tunneling of a Single Photo-gengerated Electron in a Double Quantum Dot

双量子点中单个光生电子的点间隧道效应检测

• 发表时间: 2011
• 作者: Toshitaka Miyabe;Hiroki Iida;Motonori Banno;Tomoko Yamaguchi;Eiji Yashima;Takafumi Fujita;坂野元紀;Takafumi Fujita;坂野元紀・山口智子・永井寛嗣・Christian Kaiser・Stefan Hecht・八島栄次;Takafumi Fujita;坂野元紀・永井寛嗣・Christian Kaiser・Stefan Hecht・八島栄次;藤田高史;藤田高史;藤田高史;木山治樹;藤田高史;藤田高史;藤田高史
• 通讯作者: 藤田高史

Real-time spin detection of single photo-electrons with a double quantum dot in a g-factor engineered quantum well

g 因子工程量子阱中双量子点单光电子的实时自旋检测

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Fujita;K. Morimoto;S. Teraoka;G. Allison;A. Ludwig;A. D. Wieck; A. Oiwa and S. Tarucha
• 通讯作者: A. Oiwa and S. Tarucha