半導体量子構造中の電子・核スピンコヒーレントダイナミクスの制御に関する研究

半导体量子结构中电子和核自旋相干动力学控制研究

基本信息

  • 批准号:
    12J03251
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2012 至 2014-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究では, 高感度・高分解能の電子・核スピンの光検出技術を基に, GaAs量子構造中の電子・核スピンコヒーレンスの制御を光学的手法により実現し制御技術を確立することを目的としている. 本年度は, 高感度・高空間分解能を持つ時間・空間分解カー回転顕微光学系を構築することで, スピンの時空間発展を測定した. また, ゲート電界によってスピン軌道相互作用(Spin-orbit Interaction : SOI)が変調され, スピンの空間分布が変化することを直接観測した. SOIによる有効磁場はスピンの操作に有効であるが, 一方で, その運動方向依存性によりスピンの状態を急速に緩和させる. しかし, RashbaとDresselhausの2つのSOIの強さが等しいスピン永久旋回(Persistent Spin Helix : PSH)状態では有効磁場が運動方向に依らず, スピン緩和が抑制され, 原理的にはスピンが永久に伝搬されるとして注目されている. 前年度に細線中のスピンアンサンブルからPSH状態に近いことを確認している片側変調ドープの量子井戸における二次元電子のスピンの時間・空間変化を測定した結果, PSH状態で特徴的なスピンの空間的ストライプが観測され, PSH状態に近いことが直接的に確かめられた. 2つのSOIのうち構造の反転非対称に起因するRashba SOIは, 外部ゲート電圧によって井戸内の電界を変えることで制御できる. そこで次に試料に半透明ショットキーゲート電極を作製し, スピンの時空間変化のゲート電圧依存性を測定した. その結果, ゲート電圧によってスピンの空間的歳差運動の周期が変化することを直接的に観測した. また, 磁場印加時のスピン空間分布の時間変化から, RashbaとDresselhaus SOIの大きさを定量的に評価した結果, ゲート電圧が-0.2Vの時に, RashbaとDresselhaus SOIが等しくなるPSH状態になっていることがわかった.
这项研究旨在通过基于高灵敏度和高分辨率的电子和高分辨率的光电检测技术来实施对GAAS量子结构中电子和核自旋连贯性的控制,用于电子和GAAS量子结构中的核自旋相干性。今年,我们通过构建具有高灵敏度和高空间分辨率的时间和空间分辨的Kerr旋转显微镜光学系统来测量自旋的时空演化。我们还直接观察到自旋轨道相互作用(SOI)是由栅场调节的,并且自旋变化的空间分布。 SOI的有效磁场可有效自旋操作,但其运动依赖方向使自旋迅速放松。但是,自旋永久旋转(持续的自旋螺旋)与两个Sois,Rashba和Dresselhaus的强度相同。在PSH状态下,有效磁场不取决于运动方向,并且自旋松弛被抑制,而原则上,自旋吸引了关注,因为它是永久传播的。在上一年,单方面调制的量子孔中二维电子的自旋的时间和空间变化很好,这证实了它与薄电线中的自旋组合的PSH状态接近PSH状态,并且在PSH状态下观察到了PSH状态的旋转特性的空间条纹,并直接证实了它接近PSH状态。在这两个sois中,通过使用外部门电压改变井中的电场,可以控制由结构的反转不对称引起的rashba soi。然后,在样品上制造了半透明的Schottky栅极电极,并测量了自旋时空变化的栅极电压依赖性。结果,直接观察到自旋电压引起的旋转空间进动的周期。此外,定量评估施加磁场时自旋空间分布的时间变化以评估Rashba和Dresselhaus SOI的大小,并且发现当栅极电压为-0.2V时,Rashba和Dresselhaus soi处于PSH状态,rashba和rashba和derferselhaus soi均等。

项目成果

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会议论文数量(0)
专利数量(0)
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  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    and H. Ohno
Coherent Manipulation of Nuclear Spins in Semiconductors with an Electric Field
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    中根由太;武田貴志;星野哲久;坂井賢一;芥川智行;K. Kuroda;Y.Ohno
  • 通讯作者:
    Y.Ohno
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