半導体量子点におけるスピンおよび励起子状態のコヒーレント制御に関する研究

半导体量子点自旋态和激子态的相干控制研究

基本信息

批准号：
14740183
负责人：
池沢道男
金额：
$ 2.24万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体量子点の励起子コヒーレンスに関する重要な情報が得られる四光波混合実験を、少数の量子点でも可能にするために強力なツールとなる高感度の検出システムを構築した。システムはヘテロダイン検出の考えに基づいており、試料からの散乱光や外部光の影響を受けずに高感度に微弱な信号を検出することが出来る。昨年度までに、15層程度の量子点試料における実験には成功していたが、本年度はさらに改良を進めて、単層の量子点試料において四光波混合信号を観測できるまでになった。これを2種類の量子点試料に適用し、興味深い結果を得た。まず試料として、歪誘起GaAs量子点を用いた。このタイプの試料では、信号強度を増すために量子点層を多層化することが原理的に難しく、これまでのところ時間領域でコヒーレンスを議論した報告は無かった。本研究では、上記システムを用いることで、初めて時間分解縮退四光波混合を高いS/N比で観測し、明瞭なビート信号も観測した。このビート信号は、偏光依存性などから歪誘起量子点中の励起子分子に起因することが分かった。この結果は、歪誘起量子点という特殊な条件を生かせば、2次元的な量子井戸と0次元的な歪誘起量子点での励起子分子の束縛エネルギーの直接的な比較が出来るものと期待され、興味深い。もう一つの試料として、透明電極により電場を印加できるInP量子点を用いた。この試料では元々電子が1〜2個程度ドープされていることが分かっており、バイアス電圧によってその個数をコントロールすることが出来る。それによって励起子のコヒーレンスがどんな影響を受けるか興味がもたれた。四光波混合信号は低バイアス領域では電場印加に伴って信号強度が数十倍に増大し、さらにバイアスを上げていくと減衰時闘が短くなる現象が観測された。これらは電圧印加に伴いドットからのトンネリングが増大することと、残留キャリアが減少して吸収飽和カヨ回復することと関連していると考えられるが、詳細については検討中である。

我们构建了一个高灵敏度的检测系统，它将作为实现四波混合实验的强大工具，即使是少量的量子点，也可以提供有关半导体量子点激子相干性的重要信息。该系统基于外差检测的思想，可以高灵敏度检测微弱信号，而不受样品散射光或外部光的影响。直到去年，我们已经成功地在15层左右的量子点样品上进行了实验，但今年我们做了进一步的改进，现在我们可以在单层量子点样品中观察到四波混频信号。我们将其应用于两种类型的量子点样品并获得了有趣的结果。首先，使用应变诱导的GaAs量子点作为样品。在这类样本中，理论上很难通过添加多个量子点层来增加信号强度，而且迄今为止还没有讨论时域相干性的报道。在本研究中，通过使用上述系统，我们首次观察到高信噪比的时间分辨简并四波混频，并观察到清晰的拍频信号。根据其偏振依赖性，发现该拍频信号是由应变诱导量子点中的激子分子引起的。这一结果表明，利用应变诱发量子点的特殊条件，有望能够直接比较二维量子阱和零维应变诱发量子点中激子分子的结合能。。，有趣的。作为另一个示例，我们使用 InP 量子点，可以使用透明电极对其施加电场。据了解，这个样品原本掺杂了一个或两个电子，数量可以通过调节偏压来控制。我对这将如何影响激子相干性感兴趣。观察到，当在低偏压区域施加电场时，四波混频信号的信号强度增加了数十倍，并且随着偏压进一步增加，衰减时间变得更短。这些被认为与施加电压时来自点的隧道效应的增加以及由于残留载流子的减少而导致的吸收饱和恢复有关，但目前正在研究细节。