Optical spin-functional transistor

光学自旋功能晶体管

• 批准号: 20K20433
• 负责人: 村山 明宏
• 金额: $ 16.47万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20433/
• 关键词: スピントランジスタ; 光スピンダイナミクス; 半導体量子ドット; スピン増幅; スピン位相; スピントロニクス; スピン光機能; 電界効果

現代の情報社会を支える電子情報処理や光通信においては、電力エネルギーの熱損失の解決が大きな課題である。その課題の解決に向けては、電子情報処理において、信号の配線や伝送に光を用いる光電融合エレクトロニクスと不揮発性の電子スピンメモリを活用するスピントロニクスの研究が重要である。そこでは、電子のスピン情報であるスピン偏極と光のスピン情報である円偏光特性を直接変換する光電変換素子が必要となり、金属強磁性体電極によるスピン偏極電子の電流注入により円偏光を発するスピン偏極発光ダイオードやレーザ等の二端子素子が研究されている。本研究では、さらなる光スピン機能の開拓に向けて、円偏光の入力により生成する電子のスピン状態を外部の電界により制御可能な光スピントランジスタを研究する。電子のスピンや円偏光特性の向きの偏り度合いで与えられる偏極度とその極性をエレクトロニクスの基本技術である電界により制御し、さらに電子のスピン偏極の増幅とその電界制御を目指していく。最終目標として、スピンの本質的な情報であるスピン位相の電界制御にも挑戦する。本年度は、昨年度に引き続き、InGaAs量子井戸とドットの結合量子構造を用いる電子と光のスピンを電界で制御する発光デバイスについて、実用に繋がる室温動作を確立するため、高温動作に適した井戸厚や組成、ドーピングプロファイルやその濃度、トンネルバリア膜厚などの設計と作製を行い、光スピン出力特性の評価を進めた。さらに、室温以上で高いスピン偏極特性とその増幅効果が期待される希薄窒化GaNAs量子井戸とInAs量子ドットを組み合わせた新規な電界効果素子を作製し、量子ドットに注入する電子スピンの偏極特性とその増幅機能、特に室温を含めた高温領域での電界動作特性を明らかにした。

在支撑现代信息社会的电子信息处理和光通信中，解决电能的热损失是一个重大问题。为了解决这个问题，对利用光进行信号布线和传输的光电电子学和利用非易失性电子自旋存储器的自旋电子学的研究在电子信息处理中非常重要。这需要光电转换元件直接转换自旋偏振（电子的自旋信息）和圆偏振光（光的自旋信息）发射的自旋偏振发光二极管和激光器等二端器件。光正在被研究。在这项研究中，我们将研究一种光学自旋晶体管，它可以利用外部电场控制圆偏振光输入产生的电子的自旋状态，目的是进一步开发光学自旋功能。电子自旋方向的偏压程度和圆偏振特性及其极性将通过电子学的基础技术——电场来控制，进一步致力于电子自旋偏振的放大和控制电场。作为最终目标，我们还将尝试控制自旋相的电场，这是有关自旋的重要信息。继去年之后，本财年，为了使使用InGaAs量子阱和点的耦合量子结构通过电场控制电子和光的自旋的发光器件建立实用的室温操作，我们将开发适合高温操作的阱厚度，我们设计并制造了成分、掺杂分布和浓度、隧道势垒膜厚度等，并着手评估光学自旋输出特性。此外，我们制作了一种将InAs量子点与稀氮化物GaNAs量子阱相结合的新型场效应器件，该器件有望在室温以上具有高自旋极化特性和放大效应，并开发了注入到量子点中的电子自旋的极化特性。我们阐明了其放大功能，特别是其在包括室温在内的高温范围内的电场工作特性。

项目成果

Room-Temperature Spin-Transport Properties in an In0.5Ga0.5As Quantum Dot Spin-Polarized Light-Emitting Diode

In0.5Ga0.5As 量子点自旋偏振发光二极管的室温自旋输运特性

• DOI: 10.1103/physrevapplied.16.014034
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review Applied
• 影响因子: 4.6
• 作者: K. Etou;S. Hiura;S. Park;K. Sakamoto;J. Takayama;A. Subagyo;K. Sueoka and A. Murayama
• 通讯作者: K. Sueoka and A. Murayama

Circularly polarized electroluminescence properties of quantum dot spin-polarized light-emitting diodes using GaNAs spin filter

使用 GaN 自旋滤波器的量子点自旋偏振发光二极管的圆偏振电致发光特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Kohei Eto;Satoshi Hiura;Soyoung Park;Junichi Takayama;Agus Subagyo;Kazuhisa Sueoka;Akihiro Murayama
• 通讯作者: Akihiro Murayama

電流注入型pドープ量子ドットスピン発光ダイオードの作製

电流注入型p掺杂量子点自旋发光二极管的制作

• 发表时间: 2020
• 作者: 江藤亘平;樋浦諭志;高山純一;村山明宏
• 通讯作者: 村山明宏

GaAsナノピラーに埋め込まれたIn0.5Ga0.5As量子ドットにおけるスピンダイナミクス

嵌入 GaAs 纳米柱中的 In0.5Ga0.5As 量子点的自旋动力学

• 发表时间: 2019
• 作者: 陳 亜鳳;木場隆之;飯島奈都美;高山純一;肥後昭男;樋浦諭志;村山明宏
• 通讯作者: 村山明宏

Bias dependence of electron spin polarization in GaNAs quantum well-InAs quantum dot tunnel-coupled structures

GaNs 量子阱-InAs 量子点隧道耦合结构中电子自旋极化的偏置依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroto Kise;Soyoung Park;Satoshi Hiura;Junichi Takayama;Kazuhisa Sueoka;Akihiro Murayama
• 通讯作者: Akihiro Murayama