自己集合半導体単一量子ドットにおける光励起核スピン分極の双安定特性の研究

自组装半导体单量子点光激发核自旋极化双稳态特性研究

基本信息

批准号：
09J03255
负责人：
鍛治怜奈 (2011)
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

目的とする光検出核磁気共鳴の実施において必要となる核スピン分極(NSP)のダイナミクスと発光偏光度(DOP)に関する知見を得るため,本年度は以下の2点に研究の力点を置いた.1)核磁場揺らぎによる電子スピン緩和時間の実測:電子の三次元閉じ込め構造である量子ドット(QD)中では,スピン-軌道相互作用が抑制されることに加え,ドットを構成する原子核とのスピン交換相互作用(超微細相互作用:HFI)が増強されるため,後者(HFI)が主要な電子スピン緩和機構となることが指摘されている.電子スピン分極の指標である正の荷電励起子発光の円偏光度と,電子が受ける全有効磁場との相関を取ることで,HFIによる電子スピン緩和モデルの主要なパラメータΔB_N(核磁場揺らぎの大きさ)の実測に成功した.得られた値(ΔB_N～40mT)が理論値とよく一致することに加え,ΔB_Nに起因する電子スピン緩和時間が発光寿命(～0.75ns)と同程度になることが分かった.また電子スピン系を含むNSP形成モデルを構築し,時間分解測定の結果と比較することで,モデルの妥当性を確認すると共に,NSPダイナミクスに関する詳細な知見を得た.2)量子ナノ構造体における光学異方性の調査:昨年度までに,面内形状や歪み分布の異方性がQD発光のDOPに多大な影響を及ぼすことを明らかにした.本年度は多数のQDについて光学異方性を観測し,これを特徴づけるパラメータ(形状異方軸:θ_b,歪み分布軸:θ_s,電子-正孔間交換相互作用エネルギー:δ_b,価電子帯混合度:ρ_s/Δ_<lh>)の傾向を調査した.θ_s,θ_bは同一試料上では特定の方向(ただしθ_s≠θ_b)に揃いやすい傾向が見られたが,その位相差(θ_s-θ_b)及び相互作用の強さの差(ρ_s/Δ_<lh>-δ_b)の間に明確な相関は確認されていないため,歪み分布異方性と面内形状異方性は互いに独立と考えられる.また,同様の測定を量子リング(QR)試料について行い,δ_bがQD試料に比べて小さな値を取ることを見出したが,これはQR構造では面内形状異方性が緩和されることを示唆している.

In order to obtain knowledge on the dynamics of nuclear spin polarization (NSP) and the degree of emission polarization (DOP) required for the implementation of the target photodetected nuclear magnetic resonance, we placed the following two points in this year: 1) Measurement of electron spin relaxation time due to nuclear field fluctuation: In quantum dots (QD), which are the three-dimensional confinement structures of electrons, spin-orbit interactions are suppressed, and the与构成DOT的核的自旋交换相互作用增强了，因此后者（HFI）是主要的电子自旋松弛机制，已经指出是这种情况。通过将带正电荷的激子发射的圆极化（是电子自旋极化的指标）与电子接收的整个有效磁场相关联，我们已经成功地测量了使用HFI的电子自旋宽松的主参数ΔB_N（核磁场波动的幅度）。另外，发现获得的值（ΔB_N -40 mt）与理论值匹配，并且由于ΔB_N引起的电子自旋弛豫时间与发射寿命（〜0.75 ns）大致相同。我们还构建了一个包含电子自旋系统的NSP编队模型，并使用了时间分辨的测量。通过比较结果，我们确认了模型的有效性并获得了有关NSP动力学的详细知识。2）研究量子纳米结构中光学各向异性的研究：截至去年，据表明，平面形状和畸变分布的各向异性对QD发射的dop量有重大影响。今年，我们观察到许多QD的光学各向异性，并研究了表征此特征的参数的趋势（形状各向异性轴：θ_b，应变分布轴：θ_S，电子孔交换交互能量：Δ_B，valence band混合度：ρ_S/δ___<lh>）。 θ_s和θ_b倾向于在同一样本上沿特定方向对齐（但θ_s≠θ_b），但是在相位差（θ_S-S-θ_B）之间尚无明显的相关性和相互作用强度的差异（ρ_S/δ_s/δ__s/δ_<lh> - δ_b），因此将各个分布分布均分布和插入量。在量子环（QR）样品上进行了类似的测量，Δ_B发现Δ_b采用的值小于QD样品，这表明平面形状各向异性在QR结构中放松。