( 様式 4) 二国間交流事業共同研究報告書 平成 29 年 4 月 4 日 独立行政法人日本学術振興会理事長殿 共同研究代表者所属 部局北海道大学 大学院情報科学研究科 ( ふりがな ) むらやまあきひろ職 氏名教授 村山明宏 1. 事 業 名相手国 ( スウエーデン ) との共同研究 振興会対応

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1 ( 様式 4) 二国間交流事業共同研究報告書 平成 29 4 月 4 日 独立行政法人日本学術振興会理事長殿 共同研究代表者所属 部局北海道大学 大学院情報科学研究科 ( ふりがな ) むらやまあきひろ職 氏名教授 村山明宏 1. 事 業 名相手国 ( スウエーデン ) との共同研究 振興会対応機関 ( STINT ) 2. 研究課題名室温スピントロニクスを指す半導体ナノ構造のスピン機能性探索 3. 全採用期間 平成 27 4 月 1 日 ~ 平成 29 3 月 31 日 ( 2 ヶ月 ) 4. 経 費 総 額 本事業により執行した研究経費総額 研究交流経費 ( 直接経費 ): 4,250,000 円 間接経費 : 0 円 初経費 研究交流経費 ( 直接経費 ):2,250,000 円 間接経費 : 0 円 2 経費 研究交流経費 ( 直接経費 ):2,000,000 円 間接経費 : 0 円 3 経費 研究交流経費 ( 直接経費 ): 円 間接経費 : 円 5. 研究組織 (1) 日本側参加者 ( 実施期間中の参加者全員 ( 途中から参加 / 不参加となった方も含む )) 途中から参加 / 不参加となった場合は 参加期間も記入してください 氏名 所属 職名 末岡和久 北海道大学 教授 Shula Chen 北海道大学 特任助教 (H27.4.1~H ) 樋浦論志 北海道大学 博士後期課程 (H27.4.1~H ) 野村譲 葛西紘貴 シリニソライヤ 山崎大樹 北海道大学 修士課程 (H27.4.1~H ) 明井祐人 北海道大学 修士課程 武石一紀 板橋皓大 浦部晶行 石川史太郎 愛媛大学大学院理工学研究科准教授 (H ~H ) 陳亜鳳 北海道大学 修士課程 (H ~H ) - 1 -

2 (2) 相手国側研究代表者 所属 職名 氏名リンショーピン大学 教授 Weimin Chen (3) 相手国参加者 ( 実施期間中の参加者全員 ( 途中から参加 / 不参加となった方も含む )) 途中から参加 / 不参加となった場合は 参加期間も記入してください 氏 名 所属 職名 Irina Buyanova Jan Stehr リンショーピン大学 教授リンショーピン大学 Postdoc. Researcher Yuttapoom Puttisong Shula Chen リンショーピン大学 Postdoc. Researcher リンショーピン大学 Postdoc. Researcher(H ~ H ) Stanislav Filippov Yuqing Huang リンショーピン大学 Ph.D student(h27.4.1~h ) リンショーピン大学 Ph.D student *(1) (3) 共に代表者は除きます - 2 -

3 6. 研究実績概要 ( 全期間を通じた研究の的 研究計画の実施状況 成果等の概要を簡潔に記載してくださ い ) 本共同研究の的は 優れた実用光デバイス活性層材料であるとともに 電子スピン偏極状態の緩和が著しく抑制されるため発光再結合中の電子のスピン偏極情報の散逸を抑制できる III-V 族化合物半導体量子ドットを用いて 室温動作が可能な新しい半導体光スピントロニクス領域を開拓することである まず 自己組織化 InGaAs 量子ドットにおける電子系のスピンダイナミクスに関する研究を行った 分子線エピタキシーにより 量子ドットとスピン輸送層となる AlGaAs/GaAs バリア層の結晶成長条件や電子スピンの輸送注入特性などの詳細な検討を行うと共に 量子ドット層を活性層とする電流注入型発光ダイオード構造の作製を行った 次に 電子スピンの電極輸送層に接続可能で高効率のスピン捕獲が期待される二次元電子系である InGaAs 量子井戸から GaAs トンネルバリアを介した量子ドットへの効率的なスピン輸送注入とそのスピン注入ダイナミクスを明らかにするため 量子井戸と量子ドットからなる各種のトンネル結合構造を作製した そして 二次元電子系から量子ドットへのスピン注入ダイナミクスを 円偏光励起 検出によりスピン情報を観測できるピコ秒時間分解発光分光により研究した 特に 本計画の的である室温スピントロニクスを指す半導体ナノ構造のスピン機能性探索に対する知見を得るために詳しい温依存性の測定を行った 本研究により 量子井戸に光励起した電子スピンの量子ドットへのトンネル注入ダイナミクスとその後のドット内スピン状態に関して スピン偏極の熱的安定性とドット内スピン緩和との関連性 電子系の熱的再分布に伴うスピンの熱的損失などに関する研究を進めることができた その結果 室温に近い 200 K 程まで スピン注入時のスピン緩和を十分抑制することが可能な 10 ピコ秒領域の超高速スピン注入を確認している さらに 量子ドットにおける離散スピン状態の充填効果により生じる 選択的スピントンネル効果の抑制により 量子井戸側の偏極した多数個スピンの相対的な増加 ( スピン増幅効果 ) を新たに観測した なお以上に関して 両国の参加メンバーが相手国を毎相互に訪問し 以下の国際ワークショップを共同で開催するとともに 両者によりデータの検討と今後の研究の進め方に関する議論を行った STINT workshop on September 2, 2015, in Vildmarkshotellet in Kolmården, Sweden. 日本国側参加者は本共同研究に関して計 4 件の口頭発表を行い 相手国側メンバーと詳細な議論を行った JSPS workshop on Japan-Sweden frontiers in spin and photon functionalities of semiconductor nanostructures, August 30, 2016, Jyozankei, Sapporo, Japan. 日本国側研究グループから 5 件 相手国側から 5 件の口頭発表を行った - 3 -

4 7. 派遣 受入実績 (1) 各研究期間中に相手国または相手国以外の国を訪問した日本側参加者氏名 派遣期間 主たる訪問 1 2 先 ( 相手国以外の国における訪問先には下線を引き 国名を明記してください 委託費から支出し た出張のみ記載してください ただし 日本国内出張は除きます ) 氏名 所属 職名 村山明宏 北海道大学大学 院情報科学研究科 教授 Shula Chen 北海道大学大 学院情報科学研究科 特任 助教 山崎大樹 北海道大学大学 院情報科学研究科 修士 小計 3 名 ( 延べ人数 ) 村山明宏 北海道大学大学 院情報科学研究科 教授 期間 ( 現地到着日 ~ 現地出発日 ) 平成 27 8 月 31 日 ~ 平成 27 9 月 5 日 平成 月 25 日 ~ 平成 月 29 日 主たる訪問先 ( 機関名 国名 ) リンショーピン大学 スウエーデン 6 th Annual World Congress of Nano Science & Technology 2016 (at Holiday Inn Singapore Atrium) シンガポール 小計 1 名 ( 延べ人数 ) 3 小計名 ( 延べ人数 ) 合計 4 名 ( 延べ人数 ) - 4 -

5 (2) 各研究期間中に受け入れた相手国参加者氏名 来日期間 主たる訪問先 ( 振興会から滞在費等の支給 1 を受けた研究者に * 印をつけてください ) 期間氏名 所属 職名 ( 来日日 ~ 離日日 ) 主たる訪問先 ( 機関名 ) 小計 0 名 ( 延べ人数 ) 2 Weimin Chen リンショー 平成 28 8 月 28 日 ~ 平成 28 北海道大学 ピン大学 教授 9 月 2 日 Irina Buyanova リンシ ョーピン大学 教授 Jan Stehr リンショーピ ン大学 Postdoc. Researcher Yuttapoom Puttisong リ ンショーピン大学 Postdoc. Researcher Shula Chen リンショー ピン大学 Postdoc. Researcher Yuqing Huang リンショ ーピン大学 Ph.D student 小計 6 名 ( 延べ人数 ) 3 小計名 ( 延べ人数 ) 合計 6 名 ( 延べ人数 ) - 5 -

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