磁性体・半導体ハイブリッド構造によるナノスピンの生成と制御

使用磁/半导体混合结构生成和控制纳米自旋

• 批准号: 16031201
• 负责人: 村山 明宏
• 金额: $ 3.26万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16031201/
• 关键词: 磁性半導体; ハイブリッドナノ構造; スピンダイナミクス; ナノスピン; 強磁性体ナノ構造

本研究においては、化合物磁性半導体の原子層制御エピタキシャル量子井戸・規則配列量子ドット・自己組織化量子ドット等の各種ナノ量子構造を作製する。また、Co系合金などの金属強磁性体、あるいは半導体結晶とエピタキシャル成長するMn系化合物磁性体を接合あるいは組み合わせた、新しい磁性体・半導体ハイブリッドナノ構造を創出する。そして、このような磁性体・半導体ハイブリッドナノ構造のスピン光物性を調べるとともに、半導体のスピン秩序を磁性体により制御することを試みる。特に本年度は、これまでの研究成果である磁性半導体と非磁性半導体のナノ構造作成技術を生かして、非磁性半導体CdSe自己組織化量子ドットと磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸をトンネル結合させた全く新しい光スピン機能性量子ナノ構造を創製した。その結果、磁性半導体において光生成したスピン偏極電子を、共鳴トンネル効果により超高速かつ高効率に自己組織化量子ドットに注入することに成功した。さらに、電子ビームリソグラフィーにより作製した垂直磁化Co/Pt多層膜と磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸の複合ナノディスク構造を考案・作製した。ZnCdMnSeナノディスクの励起子発光の円偏光特性を調べ、Co垂直磁化より半導体ナノディスクに生じる局所的な垂直磁場により誘導される励起子巨大ゼーマン効果の発現を明らかにした。すなわち、強磁性体ナノ構造から生じる磁場を利用して、半導体励起子キャリアのスピン状態を制御することに成功した。また、磁場中円偏光ポンププローブ分光により、磁性半導体CdMgMnTeと非磁性半導体CdTe量子井戸をトンネル結合させた磁性結合二重量子井戸におけるキャリアスピンダイナミクスを研究した。その結果、磁性井戸において光生成したスピン偏極電子・正孔は、個別トンネルにより非磁性井戸へ輸送されることを示した。

在这项研究中，我们将制造各种纳米量子结构，如原子层控制的外延量子阱、有序阵列量子点和用于复合磁性半导体的自组织量子点。我们还将通过粘合或组合铁磁金属（例如钴基合金）或半导体晶体和外延生长的锰基化合物磁性材料来创建新的磁性/半导体混合纳米结构。除了研究这种磁性/半导体混合纳米结构的自旋光学性质外，我们还将尝试使用磁性材料控制半导体的自旋顺序。特别是，今年，我们将利用迄今为止的研究成果磁性和非磁性半导体的纳米结构创建技术，开发一种全新的光学自旋系统，该系统可隧道耦合非磁性半导体 CdSe 自组装组装量子点和磁性半导体 ZnCdMnSe 量子阱，我们创建了功能性量子纳米结构。结果，他们利用共振隧道效应，成功地将磁性半导体中光生的自旋极化电子以超高速、高效率注入自组装量子点中。此外，我们设计并制造了一种复合纳米盘结构，该结构由电子束光刻制造的垂直磁化的Co/Pt多层薄膜和磁性半导体ZnCdMnSe量子阱组成。我们研究了ZnCdMnSe纳米盘中激子发射的圆偏振特性，揭示了由于Co垂直磁化而在半导体纳米盘中产生的局部垂直磁场引起的激子巨塞曼效应的发生。换句话说，他们成功地利用铁磁纳米结构产生的磁场控制半导体激子载流子的自旋状态。我们还研究了磁耦合双量子阱中的载流子自旋动力学，其中磁性半导体 CdMgMnTe 和非磁性半导体 CdTe 量子阱在磁场中使用圆偏振泵浦探针光谱进行隧道耦合。结果表明，磁阱中光生的自旋极化电子和空穴通过单独的隧道传输到非磁阱。

项目成果

Effect of momentum relaxation on exciton spin dynamics in diluted magnetic semiconductor ZnMnSe/CdSe superlattices

• DOI: 10.1103/physrevb.71.165203
• 发表时间: 2005-04
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: I. Buyanova;G. Rudko;Weimin M. Chen;K. Kayanuma;A. Murayama;Y. Oka;A. Toropov;S. Sorokin;S. Ivanov

Pump-probe spectroscopy of exciton spin injection process in diluted magnetic quantum wells

稀磁量子阱中激子自旋注入过程的泵浦探针光谱

• 期刊: Journal of Superconductivity, incorporating Novel Magnetism (印刷中)
• 作者: K.Nishibayashi;et al.
• 通讯作者: et al.

Excitonic spin dynamics in coupled quantum dots of diluted magnetic semiconductors

稀释磁性半导体耦合量子点中的激子自旋动力学

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of 27th International Conference on the Physics of Semiconductors (印刷中)
• 作者: Fu;F.F.;Watanabe;K.;Yabuki;S.;Akagi;T.;W.M.Chen;M.Sakuma;A.Murayama
• 通讯作者: A.Murayama

Dynamic magnetic properties of epitaxial MnAs thin films studied by spin-wave Brillouin scattering

自旋波布里渊散射研究外延MnAs薄膜的动态磁特性

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Applied Physics 95
• 作者: H.Toyosaki;T.Fukumura;Y.Yamada;K Kakajima;T.Chikyow;T.Hasegawa;H.Koinuma;M.Kawasaki;I.Souma;M.Sakuma;I.Souma;K.Nishibayashi;A.Murayama;K.Nishibayashi;K.Kayanuma;E.Nakayama;N.T.Son;Z.H.Chen;A.Murayama
• 通讯作者: A.Murayama

Identification of a dominant mechanism for optical spin injection from a diluted magnetic semiconductor : Spin-conserving energy transfer via localized excitations

识别稀释磁性半导体光学自旋注入的主要机制：通过局部激发的自旋守恒能量转移

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physical Review B 72
• 作者: Fu;F.F.;Watanabe;K.;Yabuki;S.;Akagi;T.;W.M.Chen
• 通讯作者: W.M.Chen