Demonstration of quantum state conversion between photon polarization and electron spin states by manipulation of a single photo-excited electron spin

通过操纵单个光激发电子自旋来演示光子偏振和电子自旋态之间的量子态转换

基本信息

批准号：
22KJ2076
负责人：
福田源希
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

まず、昨年度末から続いて非ドープ型GaAs/AlGaAs量子井戸基板を用いた面内p-i-n接合素子において3He冷凍機を用いた磁気輸送特性の測定を行った。量子ホールエッジ状態が形成される面直高磁場下でpn接合間に順バイアス電流を流し縦抵抗を測定したところ、p側とn側のトップゲート電圧の変化に対して縦抵抗が量子化している振る舞いが見られた。これはp領域とn領域それぞれに形成されたエッジチャネルを介したpn接合間の伝導を示唆していると考えており、スピン偏極したpn接合間の伝導による偏光発光の可能性を示している。しかし、デバイスの動作不良により電荷密度などのデータの不足があり詳細な議論には素子構造の改善や追加の測定が必要となっている。また、昨年度以前に行った非ドープ型GaAs量子ドットに対する光照射の実験に関して論文化するにあたって、LEDを使用した光照射の極低温化での波長と照射強度の確認・見積もりを行った。量子井戸の励起波長の光が照射されていたことや光子照射数と光子吸収効率に対する得られた光励起電子の信号数の妥当性が得られ、これまでの議論に破綻がないことを確かにした。光照射に対して安定した量子ドット素子の開発に関しては、短周期超格子中のGaAsへドーピングによりDXセンターの低減を狙って作製された構造の評価を行った。光照射に対する電子密度や量子ドット電極によるピンチオフ電圧の変化が飽和したことを確認でき、光子から電子への量子状態変換を行うための素子として有用性を示した。一方、短周期超格子中へのドーピングに起因したより大きなピンチオフ電圧や時間経過によるオーミック抵抗の増大などの課題も確認されており、量子ドットを動作させるには改善が必要であることが分かった。

首先，从去年年底开始，我们使用 3He 制冷机测量了使用未掺杂的 GaAs/AlGaAs 量子阱基板的面内 p-i-n 结器件的磁输运特性。当我们在垂直于量子霍尔边缘态形成平面的高磁场下，通过在p-n结之间传递正向偏置电流来测量纵向电阻时，我们发现纵向电阻相对于顶栅电压的变化而量子化在 p 侧和 n 侧我可以看到一些行为。我们认为，这表明pn结之间分别通过p区和n区中形成的边缘沟道进行传导，并且表明由于自旋偏振pn结之间的传导而产生偏振光发射的可能性。然而，由于器件故障，缺乏电荷密度等数据，详细讨论需要改进器件结构和额外的测量。另外，在准备撰写去年之前进行的无掺杂GaAs量子点光照射实验的论文时，我们确认并估算了在极低温度下使用LED进行光照射的波长和照射强度。证实了用激发波长的光照射量子阱，获得的光激发电子信号数量对于光子照射数量和光子吸收效率是有效的，证实了之前的讨论是完整的。关于开发对光照射稳定的量子点器件，我们评估了一种结构，其目的是通过在短周期超晶格中掺杂 GaAs 来减少 DX 中心。经证实，量子点电极响应光照射而引起的电子密度和夹断电压的变化是饱和的，证明了其作为从光子到电子的量子态转换的装置的有用性。另一方面，还证实了短周期超晶格中掺杂导致的夹断电压增大以及欧姆电阻随时间增加等问题，并发现需要改进才能使量子点发挥作用。。