半導体量子構造中の電子・核スピンコヒーレントダイナミクスの制御に関する研究

半导体量子结构中电子和核自旋相干动力学控制研究

• 批准号: 12J03251
• 负责人: 石原 淳
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J03251/
• 关键词: 半導体スピントロニクス; スピン軌道相互作用; Dresselhaus SOI; Rashba SOI; スピン永久旋回; 磁気光学カー交果; 超微細相互作用; 核磁気共鳴; スピンコヒーレンス; 四重極相互作用

本研究では, 高感度・高分解能の電子・核スピンの光検出技術を基に, GaAs量子構造中の電子・核スピンコヒーレンスの制御を光学的手法により実現し制御技術を確立することを目的としている. 本年度は, 高感度・高空間分解能を持つ時間・空間分解カー回転顕微光学系を構築することで, スピンの時空間発展を測定した. また, ゲート電界によってスピン軌道相互作用(Spin-orbit Interaction : SOI)が変調され, スピンの空間分布が変化することを直接観測した. SOIによる有効磁場はスピンの操作に有効であるが, 一方で, その運動方向依存性によりスピンの状態を急速に緩和させる. しかし, RashbaとDresselhausの2つのSOIの強さが等しいスピン永久旋回(Persistent Spin Helix : PSH)状態では有効磁場が運動方向に依らず, スピン緩和が抑制され, 原理的にはスピンが永久に伝搬されるとして注目されている. 前年度に細線中のスピンアンサンブルからPSH状態に近いことを確認している片側変調ドープの量子井戸における二次元電子のスピンの時間・空間変化を測定した結果, PSH状態で特徴的なスピンの空間的ストライプが観測され, PSH状態に近いことが直接的に確かめられた. 2つのSOIのうち構造の反転非対称に起因するRashba SOIは, 外部ゲート電圧によって井戸内の電界を変えることで制御できる. そこで次に試料に半透明ショットキーゲート電極を作製し, スピンの時空間変化のゲート電圧依存性を測定した. その結果, ゲート電圧によってスピンの空間的歳差運動の周期が変化することを直接的に観測した. また, 磁場印加時のスピン空間分布の時間変化から, RashbaとDresselhaus SOIの大きさを定量的に評価した結果, ゲート電圧が-0.2Vの時に, RashbaとDresselhaus SOIが等しくなるPSH状態になっていることがわかった.

This study で は, Gao Gan degrees, high decomposition can の electronics, nuclear ス ピ ン の light 検 technology を に, GaAs quantum structure の electronics, nuclear ス ピ ン コ ヒ ー レ ン ス の suppression を optical methods に よ り be presently し suppression technology を establish す る こ と を purpose と し て い る. This year は Gao Gan degrees, high space decomposition can を hold つ time, space decomposition カ ー back planning 顕 を building department of light す る こ と で, ス ピ ン exhibition space 発 を to determine when の し た. ま た, ゲ ー ト electricity industry に よ っ て ス ピ ン orbital Interaction (Spin - orbit Interaction: SOI) が - adjustable さ れ, ス ピ ン の spatial distribution が variations change す る こ と を 観 directly measuring し た. SOI に よ る working magnetic は ス ピ ン の に operation have sharper で あ る が, one party で, そ の direction dependence に よ り ス ピ ン の state を に rapidly ease さ せ る. し か し, RashbaとDresselhaus <s:1> 2 <e:1> SOI さが strong さが et al. Youdaoplaceholder2 スピ Persistent Spin Helix: PSH) state で は が have sharper magnetic field direction に in ら ず, ス ピ ン ease が inhibit さ れ, principle of に は ス ピ ン が permanent に 伝 move さ れ る と し て attention さ れ て い る. Before the annual に thread の ス ピ ン ア ン サ ン ブ ル か ら PSH state に nearly い こ と を confirm し て い る piece side - adjustable ド ー プ の quantum well opens に お け る secondary yuan electronic の ス ピ ン の time, determination of space - change を し た results, PSH state で 徴 of な ス ピ ン の space ス ト ラ イ プ が 観 さ measurement れ, PSH state に nearly い こ と が direct に か indeed め ら れ た. 2 つ の SOI の う ち tectonic の inverse planning not say に cause seaborne す る Rashba SOI は, external ゲ ー ト electric 圧 に よ っ て well opens の electricity industry を - え る こ と で suppression で き る. そ こ で times に sample に translucent シ ョ ッ ト キ ー ゲ ー ト し the electrode を cropping systems, Spatial variations change の ス ピ ン の ゲ ー ト electric 圧 dependency を determination し た. そ の results, ゲ ー ト electric 圧 に よ っ て ス ピ ン が の の space showed poor movement cycle variations change す る こ と を direct に 観 measuring し た. ま た, magnetic field when the Inca の ス ピ ン の time - space distribution change か ら, Rashba と Dresselhaus SOI の big き さ を に of quantitative evaluation of 価 し た results, ゲ ー ト electric 圧 が - 0.2 V の に, Rashba と Dresselhaus SOI が etc し く な る PSH state に な っ て い る こ と が わ か っ た.

项目成果

Mapping of photoexcited local spins in a modulation-doped GaAs/AIGaAs wires

调制掺杂 GaAs/AIGaAs 线中光激发局部自旋的映射

• 发表时间: 2013
• 作者: J. Ishihara;Y. Ohne;and H. Ohno
• 通讯作者: and H. Ohno

Coherent Manipulation of Nuclear Spins in Semiconductors with an Electric Field

利用电场对半导体中核自旋进行相干操纵

• 发表时间: 2013
• 作者: 中根由太;武田貴志;星野哲久;坂井賢一;芥川智行;K. Kuroda;Y.Ohno
• 通讯作者: Y.Ohno