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，使用3HE冰箱在平面P-i-N结中使用未掺杂的GAAS/Algaas量子量子材料测量磁运输特性。当在形成量子孔边缘状态的平面上的高磁场下的PN连接之间传递向前偏置电流时，测量了纵向电阻，并测量了纵向电阻的行为，其中对纵向电阻进行了针对P侧和N边的顶栅极电压变化的变化。我们认为这表明通过在P区和N区域形成的边缘通道之间进行PN连接之间的传导，这表明由于自旋极化PN连接之间传导导致极化光发射的可能性。但是，由于设备的故障，缺乏电荷密度等数据，详细的讨论需要改善设备结构和其他测量。此外，在讨论去年之前进行的未掺杂GAAS量子点的光照射实验时，我们确认并估计了使用LED的光照射的波长和照射强度。这确保了量子井的激发波长的光被照射，并且光子照射的数量和光子吸收效率获得的信号数量是有效的，这清楚地表明了先前的讨论尚未破坏。关于针对光照射的稳定的量子点设备的开发，我们通过在短期超级晶格中掺杂GAAS来评估为减少DX中心制造的结构。已经证实，由量子点电极引起的电子密度和捏电压的变化已相对于光照射而饱和，并且它是从光子到电子的量子态转换的元素。另一方面，由于掺杂到短期超晶格的掺杂以及随着时间的推移的增加，诸如较大的捏合电压以及欧姆电阻的增加等问题已经得到证实，并且发现需要改善对于操作量子点是必要的。