室温スピン偏極半導体ナノ材料の実現によるスピン光デバイスの開発

通过实现室温自旋极化半导体纳米材料开发自旋光学器件

基本信息

批准号：
22KJ0008
负责人：
佐藤紫乃
金额：
$ 1.41万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

電子のスピン偏極状態を反映した円偏光を発するスピン発光デバイスの実現には，室温で高い電子スピン偏極率と十分な発光強度を両立する必要がある．上記の光スピントロニクスデバイスの発展には，金属では原理的に難しい光電変換や電界操作が可能な半導体中で電子のスピン偏極を保持する必要があるが，従来のバルクや量子井戸では，実用に必須の室温においてスピン偏極が急速に失われてしまうという課題がある．そこで本研究では，電子のスピン偏極を長時間保持できるとともに，電子を高い効率で光へと変換可能なⅢ-Ⅴ族半導体量子ドット(QD)に，室温でスピンフィルターとして機能する欠陥準位をもつ希薄窒化ガリウムヒ素(GaNAs)を組み合わせ，室温で高輝度発光と高スピン偏極発光を同時に達成する半導体光デバイスの実現を目指している．2年目である本年度は，前年度に引き続きGaNAs量子井戸(QW)とInAs QDの複合構造の模索に加え，GaNAs QWとトンネル結合したInAs QDにおける電子スピンダイナミクスの定性的な理解に努めた．トンネルバリア厚のみを変えた試料やGaNAs QWの厚さのみを変えた試料など，すでに作製した様々な構造における結果を併せて考察することにより，QD中やGaNAs層および周辺バリア層での電子スピンダイナミクスを明らかにし，GaAs QD系に対するGaNAsの影響を研究する予定である．次年度は，InAs QD―GaNAs QW結合系について得られた知見を基に，AlGaAsやInGaNAsなどのエネルギー障壁を高くすることが出来る材料を導入することで，室温以上の高温においても高輝度・高円偏光発光を目指す.

要实现一种旋转发射器件，该设备发出圆形极化的光，以反映自旋的电子状态，必须在室温下达到高电子自旋极化和足够的发射强度。上述光学自旋设备的开发需要在半导体中维持电子自旋极化，这些电子自旋极化可以用于光电转换和电场操作中，这些转换和电场操作原则上很难用金属实现，但在常规的散装和量子井中，在室温下迅速损失了自旋极化，这对于实际使用而言是必不可少的。 In this study, we aim to realize a semiconductor optical device that simultaneously achieves high brightness and high spin polarization at room temperature with group III-V semiconductor quantum dots (QDs) that can maintain electron spin polarization for a long time and convert electrons into light with high efficiency, and dilute gallium arsenide nitride (GaNAs) with defect levels that function as a spin filter at room temperature, achieving high brightness and high spin室温下的极化发射。在第二年，今年，我们继续探索GANAS量子井（QW）和INAS QD的复合结构，就像上年一样，我们还努力在定性地了解GANAS QW和隧道耦合INAS QDS的电子自旋动力学。通过考虑已经准备好的各种结构的结果，例如仅具有隧道屏障厚度的样品和仅具有GANAS QW厚度的样品，我们计划澄清QD中的电子自旋动力学，GANAS层和外围屏障层，并研究GANAS对GAAS QD系统的影响。在下一个财政年度，我们将根据INAS QD-GANAS QW键系统获得的知识来提出可以增加藻类和INGANA等能源障碍的材料，并旨在即使在高温下高于室温的高温下，也旨在实现高亮度和循环极化的发射。