縦型二重量子ドットにおける電子スピン核スピン相互作用ダイナミクスに関する研究

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昨年度までの研究活動から、電子スピンの1重項と3重項の準位交差点近傍のLandau-Zener型の遷移の際に核スピンが周期的にポンプされることが分かっていた。こうした周期的なポンプはスピン軌道相互作用と超微細相互作用の相転移が要因であり、これを用いて以前の実験で観測されたものを説明することができた。しかし一方で、Landau-Zener型のモデルではこれに伴って起こる長時間オーダーの核スピン偏極の効果について考慮出来ておらず、核スピン偏極の大きさが大きく変化していく場合や初期のポンプ位置が核スピンとのカップリングが強い領域でも同モデルが適用可能かは不明であった。これらを解決するために数値計算モデルの再構築を行なった。電子スピン中心の解析から核スピンを中心としたモデルに変更した。電子スピンフリップによるポンピングレートは共鳴点付近でピークを持つ共鳴曲線で近似し、核スピン系の偏極ダイナミクスはポンピングと緩和、更に共鳴点の位置変化を含むフォッカープランク方程式で記述した。このモデルの検証の為、前回の実験を発展させて核スピンの偏極方向を正と負の偏極共鳴点を交互に行き来するパルスを用いた。この状況では、複数パルス印加後の偏極の大きさはその正負の偏極強度の微小な差異を反映したものとなる。このため、核スピンの初期偏極状態とポンプ位置に非常に敏感な測定を行うことができ、実験と上述の数値計算の計算結果との比較を行いやすくなるという利点がある。この実験結果より数値計算のモデルは非常によく実験結果を再現することがわかった。結論として核スピンバスの単電子スピンによる偏極ダイナミクスに関して我々は定量的なモデルを構築し、これを実証することができた。