Relaxation and Coherent Control of Quantum Dots

歪誘起InGaAs/GaAs量子ドットの共鳴二次発光の干渉を用いた位相緩和測定法を実証し、また、蓄積フォトンエコー法によりCdSeおよびCuBr量子ドットにおける励起子位相緩和を測定した。ドットにおける低温均一幅は、温度に依存しない成分、励起子一母体の二準位系間の相互作用、励起子一閉じ込め音響フォノン間の2フォノンラマン過程の3つの和で統一的・普遍的に記述できる。 InPやInGaAs自己形成量子ドットに負の電気バイアスをかけ、ドットから光励起された正孔を抜き取る非輻射緩和速度を制御し、定常・時間分解発光の両面から競合するフォノン緩和が明らかにされた。フォノンボトルネック効果は、予想に比べ十分速いフォノン緩和の観測により否定された。単層の歪み誘起GaAs量子ドットと電場印加InP量子ドットのヘテロダイン検出フォトンエコー測定に成功し、前者では井戸に比ベドット中の励起子分子の束縛エネルギーの増大、後者では、電場により正孔をトンネル過程でドットから引き抜く過程を観測した。トリオン発光の量子ビートをInP量子ドットで見出し、:更に、量子ドットの4種類の量子ビートを発見した。これらの研究はチャージチューナブル量子ドットの概念を生み出した。 InP量子ドット中のドープ電子のスピン緩和時間がサブミリ秒からミリ秒に達することを示した。正孔ドープInAs量子ドットにおいて、無磁場で500psの光励起電子スピンの緩和時間が、0.1Tの磁場で4nsに伸びる、核スピン揺らぎの凍結効果を実証した。(1) Dephasing of the lowest-energy electronic transition of stress-induced InGaAs quantum dots was measured by the interferometric double pulse excitation and time-integrated detection of optical-phonon sideband in their resonant-photoluminescence spectra. Homogeneous linewidth of confined excitons in CdSe and CuBr quantum dots was investigated at low temperatures by means of accumulated photon echo. Homogeneous width is universally given by the sum of "temperature-independent" term, "exciton-two level system interaction" term and "exciton-confined acoustic phonon interaction" term.(2) Spectral and temporal behavior of photoluminescence of site-selectively excited InP and InGaAs quantum dots in external electric field showed fast phonon mediated relaxation processes is much faster than predicted theoretically. This observation demonstrates the breakdown of the predicted phonon bottleneck effect.(3) Highly sensitive heterodyne-detected photon echo enabled us to observe the signal from one layer of strain-induced GaAs quantum dots and InP quantum dots. A biexcitonic beat observed in GaAs quantum dots formed in the quantum well shows the additional increase in the biexciton binding energy compared with that of the quantum well. The photon echo in InP quantum dots under the electric field showed tunneling-induced dephasing and decayed nonexponentially, reflecting its non-Markovian nature.(4) Trionic quantum beat was discovered in eletron-doped InP quantum dots and 4 kinds of quantum beats were observed in quantum dots. The study created the concept of change tunable quantum dots.(5) Electron spin relaxation in electron-doped InP quantum dots was investigated and found to reach the submillisecond range.(6) It was shown that electron spin relaxation time of 500 ps observed in p-InAs quantum dots was elongated to 4 ns under the magnetic field of 0.1 T. This shows the efficient suppression of electron spin relaxation caused by randomly oriented nuclear spins.課題番号:1385200