研究者データベース

村山 明宏(ムラヤマ アキヒロ)
情報科学研究院 情報エレクトロニクス部門 集積システム分野
教授

基本情報

所属

  • 情報科学研究院 情報エレクトロニクス部門 集積システム分野

職名

    教授

学位

  • 博士(工学) (東北大学 大学院工学研究院)

ホームページURL

研究キーワード

  • 磁性ハイブリッド半導体量子構造   超高速スピン分光   超高速電子スピンダイナミクス   半導体量子ドット   光スピントロニクス   電子スピン注入   量子ドットレーザ   電子スピンダイナミクス   希薄磁性半導体   ナノ電子材料   半導体光物性   半導体スピントロニクス   

研究分野

  • 応用物理学 / 応用物性
  • ナノ・マイクロ科学 / ナノ材料工学

職歴

  • 2008年10月 - 現在  北海道大学 大学院情報科学研究科情報エレクトロニクス専攻教授
  • 2001年02月 - 2008年09月  東北大学 多元物質科学研究所准教授
  • 1985年04月 - 2001年01月  旭硝子株式会社

学歴

  • 1994年04月 - 1995年03月   東北大学   大学院工学研究科 博士後期課程   応用物理学専攻
  • 1983年04月 - 1985年03月   東北大学   大学院工学研究科 修士課程   応用物理学専攻
  • 1979年04月 - 1983年03月   東北大学   工学部   応用物理学科

所属学協会

  • 応用物理学会   

研究活動情報

論文

講演・口頭発表等

競争的資金等の研究課題

  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(S), 基盤研究(S))
    研究期間 : 2010年 -2014年 
    代表者 : 村山 明宏
     
    固体電子回路における電子スピン情報を光伝送するための新しい光デバイスであるスピンレーザーの実現を目指して、レーザー光発振中に電子スピン状態を維持することが可能な半導体量子ドットを活性領域とする「量子ドットスピンレーザー」を研究する。平成23年度は、昨年度に引き続き、主要な研究課題である半導体量子ドット層と金属強磁性体の原子層制御エピタキシャル成長に関する研究を複合型超高真空エピタキシーシステムにより行い、半導体量子ドットの良好な結晶構造や発光を始めとする光学特性、スピン緩和特性などを明らかにした。また、電子ビームリソグラフィーにより半導体量子ドット層表面における金属強磁性体ナノ構造スピン電極の作製を行い、発光ダイオード構造の作製と顕微分光による光学特性評価を行った。さらに、STM/NC-AFMシステムにより、半導体表面および金属強磁性体薄膜表面のナノスケールでの形態観察とその強磁性スピン状態の計測を行うとともに、半導体量子構造における電子波動関数の空間分布に関する知見を得ることが出来た。さらに、半導体量子ドットに対する高効率電子スピン注入プロセスを確立するため、II-VI族希薄磁性半導体とIII-V族のGaAs量子井戸やInAs自己組織化量子ドットからなるスピン注入型トンネル接合を作製し、希薄磁性半導体に生成したスピン偏極電子のスピン注入ダイナミクスを磁場中スピン分解ピコ秒発光分光により研究した。その結果、GaAs量子井戸への100-200psの超高速電子スピン注入と50%以上のスピン保存率を示す高効率電子スピン注入に成功した。また、磁場中スピン分解超高速ポンププローブ分光により、コアシェル型半導体量子ドットにおけるフェムト秒領域のスピン緩和と磁場効果を計測した。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
    研究期間 : 2011年 -2013年 
    代表者 : 村山 明宏
     
     本研究においては、化合物半導体量子ドットに原子オーダーで長さを制御した分子鎖を結合させ、その反対側に金属ナノ粒子を結合させたハイブリッド量子ドットダイマー構造を作製する。そして、このハイブリッド量子ドットダイマーにおいて、金属ナノ粒子の局在型表面プラズモン電場により増幅された半導体量子ドットの光応答特性を明らかにすることを研究目的としている。 平成23年度は、まず、内部に5 nm程度の一定の大きさを持つ空孔構造を持つ高分子タンパク質の空孔にCdSやZnSなどの極めて高い発光効率を持つ化合物半導体量子ドットを溶液法より成長させた。さらにこの半導体量子ドット内包タンパク質と直径15 nmほどの金のナノ粒子を分子鎖により結合させたハイブリッド量子ドットダイマー試料の作製を行った。ここで、半導体量子ドットと金ナノ粒子の間隔は分子鎖構造により正確に3 nmに固定されている。 次に、このようにして作製したハイブリッド量子ドットダイマー試料の発光特性を顕微発光分光やピコ秒時間分解発光分光により研究した。CdS量子ドットを内包したハイブリッド量子ドットダイマー試料において、金のナノ粒子の吸収帯と一致する可視領域の発光スペクトルを観測し、作製した試料の良好な光学特性が確認できた。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(萌芽研究, 挑戦的萌芽研究)
    研究期間 : 2008年 -2010年 
    代表者 : 村山 明宏
     
    研究実施計画にしたがい、平成21年に引き続き本年度は以下の研究を実施した。(1)自己組織化量子ドットと希薄磁性半導体結合構造の微細加工自己組織化量子ドットと希薄磁性半導体の結合構造を利用して、希薄磁性半導体に光生成した電子・励起子スピンを量子ドット集合体の特定位置に注入するため、電子ビームリソグラフィーにより希薄磁性半導体層の微細加工を行った。その結果、直径200nm程度のメサ構造を作製することができた。さらに、このような自己組織化量子ドットと希薄磁性半導体の結合ナノ構造に対して、磁場中での円偏光顕微発光分光を行い、特定の量子ドット集合体における高い円偏光度を持つ発光スペクトルを観測し、そのスピン注入現象を確認することができた。(2)自己組織化量子ドットへのスピン注入と量子ドット間スピン伝搬ダイナミクスの分光計測希薄磁性半導体と結合した量子ドットに対して、円偏光を用いたピコ秒時間分解発光分光により、量子ドットへのスピン注入を示す発光とその円偏光度の時間変化、およびその詳細な励起子エネルギー依存性や励起密度依存性、さらに温度依存性などを測定した。このような測定結果に対して、スピン伝搬ダイナミクスとドット内スピン緩和時定数を取り込んだレート方程式解析を行い、注入されたスピンのドット間伝搬ダイナミクスとドット内スピン緩和ダイナミクスについて明らかにした。その結果、低温領域において主としてトンネル過程によりスピン偏極キャリアが伝搬する場合、スピン緩和は量子ドット内におけるスピン緩和過程に支配される。これに対して、温度が上がってくると、各量子ドット内に局在しているスピンが熱励起されるためドット間を拡散し、このような拡散過程におけるスピン緩和が顕著となる。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2007年 -2009年 
    代表者 : 村山 明宏
     
    顕著な磁気的性質を示す半導体(希薄磁性半導体)と通常の非磁性半導体の量子ドットを結合させた新規な磁性ハイブリッド半導体量子ドットを作製した。磁性半導体において電子スピン(特定のスピン状態を持つ電子)を光により生成し、その電子スピンを量子力学的なトンネル効果により非磁性量子ドットへと輸送・注入するとともに、量子ドットにおいてスピン状態の過渡的な保存を行った後、再び光によりスピン情報を取り出すための基礎的な研究を実施した。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(特定領域研究)
    研究期間 : 2004年 -2005年 
    代表者 : 村山 明宏
     
    本研究においては、化合物磁性半導体の原子層制御エピタキシャル量子井戸・規則配列量子ドット・自己組織化量子ドット等の各種ナノ量子構造を作製する。また、Co系合金などの金属強磁性体、あるいは半導体結晶とエピタキシャル成長するMn系化合物磁性体を接合あるいは組み合わせた、新しい磁性体・半導体ハイブリッドナノ構造を創出する。そして、このような磁性体・半導体ハイブリッドナノ構造のスピン光物性を調べるとともに、半導体のスピン秩序を磁性体により制御することを試みる。特に本年度は、これまでの研究成果である磁性半導体と非磁性半導体のナノ構造作成技術を生かして、非磁性半導体CdSe自己組織化量子ドットと磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸をトンネル結合させた全く新しい光スピン機能性量子ナノ構造を創製した。その結果、磁性半導体において光生成したスピン偏極電子を、共鳴トンネル効果により超高速かつ高効率に自己組織化量子ドットに注入することに成功した。さらに、電子ビームリソグラフィーにより作製した垂直磁化Co/Pt多層膜と磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸の複合ナノディスク構造を考案・作製した。ZnCdMnSeナノディスクの励起子発光の円偏光特性を調べ、Co垂直磁化より半導体ナノディスクに生じる局所的な垂直磁場により誘導される励起子巨大ゼーマン効果の発現を明らかにした。すなわち、強磁性体ナノ構造から生じる磁場を利用して、半導体励起子キャリアのスピン状態を制御することに成功した。また、磁場中円偏光ポンププローブ分光により、磁性半導体CdMgMnTeと非磁性半導体CdTe量子井戸をトンネル結合させた磁性結合二重量子井戸におけるキャリアスピンダイナミクスを研究した。その結果、磁性井戸において光生成したスピン偏極電子・正孔は、個別トンネルにより非磁性井戸へ輸送されることを示した。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2003年 -2005年 
    代表者 : 村山 明宏
     
    本研究においては、CoやMn化合物などの金属磁性体と、光学特性の優れた化合物半導体、特に巨大磁気光学効果を示す希薄磁性半導体の原子層制御積層構造や微細複合ナノ構造を作製する。そして、界面における磁気的相互作用や磁性複合ナノ構造における磁気光学機能性などを研究し、新しい光スピン機能性を持つ磁性体・半導体ハイブリッドナノ材料を創製していくことを目的としている。(1)ZnCdSe量子井戸を原子層エピタキシャル成長させ反強磁性体MnSe原子層を磁性デルタドープした。そして、このような原子層制御磁性超薄膜の磁性スピンと光生成励起子との相関を明らかにした。(2)電子ビームリソグラフィーにより、CoとZnCdMnSe量子井戸の複合ナノ構造を作製し、Co強磁性スピン波とMnイオンのスピンフリップによる光散乱を測定し、このような磁性複合構造におけるCoの局所的有効磁場とその分布を高い精度で求めることが出来た。(3)原子層オーダーで膜厚を制御した非磁性半導体ZnCdSeと磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸を接合した非対称磁性二重量子井戸を作製し、その励起子スピンダイナミクスを磁場中円偏光時間分解PLにより研究した。磁性井戸の磁場によりスピンに依存したタイプII発光が観測され、スピン偏極正孔を空間的に分離させる新しい光スピン機能性を実現した。(4)電子ビームリソグラフィーにより作製した垂直磁化Co/Pt多層膜と磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸の複合ナノディスク構造を考案・作製した。Co垂直磁化より半導体ナノディスクに生じる局所的な垂直磁場により半導体励起子キャリアのスピン状態を制御することに成功した。(5)CdSe自己組織化量子ドットと磁性半導体ZnCdMnSe量子井戸を原子層オーダーで膜厚制御したトンネルバリアー層により結合させた全く新しい光スピン機能性量子ナノ構造を創製した。

教育活動情報

主要な担当授業

  • 集積プロセス学特論
    開講年度 : 2017年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 情報科学研究科
    キーワード : デバイス集積プロセス,半導体の量子井戸/量子細線/量子ドット,分子線エピタキシー,化学気相堆積法,自己組織化プロセス,ビーム露光,エッチング,ドーピング,プロセスプラズマ
  • 集積プロセス学特論
    開講年度 : 2017年
    課程区分 : 博士後期課程
    開講学部 : 情報科学研究科
    キーワード : デバイス集積プロセス,半導体の量子井戸/量子細線/量子ドット,分子線エピタキシー,化学気相堆積法,自己組織化プロセス,ビーム露光,エッチング,ドーピング,プロセスプラズマ
  • 電気電子工学演習Ⅰ
    開講年度 : 2017年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 単振動,減衰振動,強制振動,共振現象,連成振動,分子振動,波動,進行波と定在波,電磁波と光
  • 物性工学
    開講年度 : 2017年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 固体結晶,逆格子,X線回折,格子振動,自由電子ガスモデル,状態密度,フェルミ準位,エネルギーバンド,有効質量,半導体,ドーピング,pn接合
  • 物性工学
    開講年度 : 2017年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 固体結晶,逆格子,X線回折,格子振動,自由電子ガスモデル,状態密度,フェルミ準位,エネルギーバンド,有効質量,半導体,ドーピング,pn接合

大学運営

学内役職歴

  • 2016年4月1日 - 2018年3月31日 大学院情報科学研究科副研究科長
  • 2017年4月1日 - 2019年3月31日 研究戦略室室員
  • 2017年4月1日 - 2019年3月31日 総長補佐
  • 2017年4月1日 -  創成研究機構副機構長


Copyright c MEDIA FUSION Co.,Ltd. All rights reserved.