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.

为了获得实现靶向光电探测核磁共振所需的核自旋极化（NSP）动力学和光发射极化（DOP）程度的知识，今年我们重点研究了以下两点。 1）实际测量由于核磁场波动而产生的电子自旋弛豫时间：Electron在具有三维限制结构的量子点（QD）中，除了抑制自旋轨道相互作用之外，与构成点的原子核的自旋交换相互作用（超精细相互作用：HFI）也得到增强。（HFI）是主要的电子自旋弛豫机制。通过将带正电激子发射的圆极化程度（电子自旋极化的指标）与电子接收的总有效磁场相关联，我们可以解决 HFI 电子自旋弛豫模型的主要问题。成功测量了参数ΔB_N（核磁场波动幅度）。除了获得的值（ΔB_N ~ 40 mT）与理论值非常吻合之外，还发现由于ΔB_N而产生的电子自旋弛豫时间与发射寿命（~0.75 ns）相当。包括自旋系统的地层模型并进行时间分辨测量。通过与结果的比较，我们证实了模型的有效性，并获得了关于NSP动力学的详细知识。 2）量子纳米结构中光学各向异性的研究：直到去年，我们才研究了面内形状和应变分布。的各向异性对QD发射的DOP有很大影响。今年，我们观察了大量量子点的光学各向异性，并分析了表征它的参数（形状各向异性轴：θ_b，应变分布轴：θ_s，电子空穴交换相互作用能：δ_b，研究了价带的趋势混合度：ρ_s/Δ_<lh>)尽管 θ_s 和 θ_b 在同一样本上倾向于在特定方向上对齐（然而，θ_s≠θ_b），但相位差（θ_s - θ_b）和相互作用强度差异（ρ_s/Δ_< 由于 lh>- 之间没有明显的相关性） δ_b)已被证实，畸变分布各向异性和面内形状各向异性被认为是彼此独立的。此外，对量子环（QR）样品进行了类似的测量，发现与 QD 样品相比，δ_b 的值更小。 -QR结构中平面形状各向异性得到缓和。