TAKEUCHI, Atsushi

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Affiliation

Faculty of Science and Engineering, School of Advanced Science and Engineering

Job title

Professor

Homepage URL

http://www.f.waseda.jp/atacke/

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Concurrent Post 【 display / non-display 】

  • Faculty of Commerce   School of Commerce

  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Advanced Science and Engineering

  • Affiliated organization   Global Education Center

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Research Institute 【 display / non-display 】

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

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Education 【 display / non-display 】

  • 　
    -
    1992

    Osaka University   Doctor of Science  

  • 1983.04
    -
    1985.03

    Osaka University   Graduate School, Division of Engineering Science  

  • 1979.04
    -
    1983.03

    Osaka University   Faculty of Engineering Science  

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Degree 【 display / non-display 】

  • (BLANK)

  • 大阪大学   博士(理学)

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Research Experience 【 display / non-display 】

  • 2020.09
    -
    Now

    早稲田大学 研究院長

  • 2016.09
    -
    2020.09

    早稲田大学 理工学術院長

  • 2014.09
    -
    2016.09

    早稲田大学 先進理工学部長兼研究科長

  • 2007
    -
    　

    北海道大学 非常勤講師

  • 2001.12
    -
    2005.03

    科学技術振興事業団 さきがけ研究員

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Professional Memberships 【 display / non-display 】

  • 　
    　
    　

    物理学会

  • 　
    　
    　

    電子情報通信学会

  • 　
    　
    　

    応用物理学会

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Research Areas 【 display / non-display 】

  • Applied physical properties

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Research Interests 【 display / non-display 】

  • Semiconductor Physics

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Papers 【 display / non-display 】

  • Prolonged spin relaxation time in Zn-doped GaAs/GaAsP strain-compensated superlattice

    Shunsuke Ohki, Xiuguang Jin, Tomoki Ishikawa, Takuya Kamezaki, Kizuku Yamada, Shunichi Muto, Atsushi Tackeuchi

    APPLIED PHYSICS LETTERS   111 ( 2 ) 022405  2017.07  [Refereed]

    　View Summary

    A GaAs/GaAsP strain-compensated superlattice (SL) is a highly promising spin-polarized electron source. To realize higher quantum efficiency, it is necessary to consider spin relaxation mechanisms. We have investigated the electron spin relaxation time in a Zn-doped GaAs/GaAsP strain-compensated SL by time-resolved spin-dependent pump and probe reflection measurements. The long spin relaxation time of 104 ps was observed at room temperature (RT), which is about three times longer than that of conventional undoped GaAs multiple quantum wells. Even when the excitation power increases from 30 to 110 mW, the change in the spin relaxation time at RT was small. This relationship implies that the intensity of the electron beam can be increased without affecting the spin relaxation time. These results indicate that a Zn-doped GaAs/GaAsP strain-compensated SL has the great advantage for use as a spin-polarized electron source. Published by AIP Publishing.

    DOI

  • The striking influence of rapid thermal annealing on InGaAsP grown by MBE: material and photovoltaic device

    Lian Ji, Ming Tan, Chao Ding, Kazuki Honda, Ryo Harasawa, Yuya Yasue, Yuanyuan Wu, Pan Dai, Atsushi Tackeuchi, Lifeng Bian, Shulong Lu, Hui Yang

    JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH   458   110 - 114  2017.01  [Refereed]

    　View Summary

    Rapid thermal annealing (RTA) has been performed on InGaAsP solar cells with the bandgap energy of 1 eV grown by molecular beam epitaxy. With the employment of RTA under an optimized condition, the open voltage was increased from 0.45 to 0.5 V and the photoelectric conversion efficiency was increased from 11.87-13.2%, respectively, which was attributed to the crystal quality improvement of p-type InGaAsP and therefore a reduced recombination current inside depletion region. The integral photoluminescence (PL) intensity of p-type InGaAsP increased to 166 times after annealing at 800 degrees C and its PL decay time increased by one order of magnitude. While the changes of nominally undoped and n-doped InGaAsP were negligible. The different behaviors of the effect of RTA on InGaAsP of different doping types were attributed to the highly mobile "activator" - beryllium (Be) atom in p-type InGaAsP.

    DOI

  • Analysis of quantum efficiency improvement in spin-polarized photocathode

    Xiuguang Jin, Shunsuke Ohki, Tomoki Ishikawa, Atsushi Tackeuchi, Yosuke Honda

    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS   120 ( 16 ) 164501  2016.10  [Refereed]

    　View Summary

    GaAs/GaAsP strain-compensated superlattices (SLs) were developed for spin-polarized photocathode applications. High crystal quality was maintained with SL thicknesses up to 720 nm (90-pairs); however, the quantum efficiency (QE) did not increase linearly with the SL thickness but became saturated starting from an SL thickness of 192 nm (24-pairs). Time-resolved photoluminescence measurements revealed that the carrier lifetime in the GaAs/GaAsP strain-compensated SL was as short as 20.5 ps at room temperature, which causes the elimination of photoexcited electrons before emission. A simulation based on a diffusion model was implemented to quantitatively evaluate the effect of the carrier lifetime on the QE. The simulation results were in good agreement with the experimental results and demonstrate that a carrier lifetime of over 120 ps is required for a two-fold improvement of the QE. Published by AIP Publishing.

    DOI

  • Effect of thermal annealing on electron spin relaxation of beryllium-doped In0.8Ga0.2As0.45P0.55 bulk

    Hao Wu, Lian Ji, Ryo Harasawa, Yuya Yasue, Takanori Aritake, Canyu Jiang, Shulong Lu, Atsushi Tackeuchi

    AIP ADVANCES   6 ( 8 ) 085119  2016.08  [Refereed]

    　View Summary

    The effect of thermal annealing on the electron spin relaxation of beryllium-doped In0.8Ga0.2As0.45P0.55 bulk was investigated by time-resolved spin-dependent pump and probe reflection measurement with a high time resolution of 200 fs. Three similar InGaAsP samples were examined one of which was annealed at 800 degrees C for 1 s, one was annealed at 700 degrees C for 1 s and the other was not annealed after crystal growth by molecular beam epitaxy. Although the carrier lifetimes of the 700 degrees C-annealed sample and the unannealed sample were similar, that of the 800 degrees C-annealed sample was extended to 11.6 (10.4) ns at 10 (300) K, which was more than two (four) times those of the other samples. However, interestingly the spin relaxation time of the 800 degrees C-annealed sample was found to be similar to those of the other two samples. Particularly at room temperature, the spin relaxation times are 143 ps, 147 ps, and 111 ps for the 800 degrees C-annealed sample, 700 degrees C-annealed sample, and the unannealed sample, respectively. (C) 2016 Author(s). All article content, except where otherwise noted, is licensed under a Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

    DOI

  • Picoseconds carrier spin relaxation in In0.8Ga0.2As/Al0.5Ga0.5As/AlAs0.56Sb0.44 coupled double quantum wells

    Tomoki Ishikawa, Shin-ichiro Gozu, Teruo Mozume, Masaki Asakawa, Shunsuke Ohki, Atsushi Tackeuchi

    2016 COMPOUND SEMICONDUCTOR WEEK (CSW) INCLUDES 28TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDIUM PHOSPHIDE & RELATED MATERIALS (IPRM) & 43RD INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPOUND SEMICONDUCTORS (ISCS)   52   04CM05  2016  [Refereed]

    DOI

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Awards 【 display / non-display 】

  • JSAP Fellow

    2017.09   The Japan Society of Applied Physics  

  • JSAP Paper Award

    2004.09  

  • IEICE Excellent Paper Award

    1993  

  • IEEJ Excellent Paper Presentation Award

    1993  

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Research Projects 【 display / non-display 】

  • 半導体量子構造による円偏光の高偏極長スピン寿命電子への変換

    Project Year :

    2019.04
    -
    2022.03
     

    　View Summary

    半導体中の電子スピンの自由度を利用すれば従来のエレクトロニクスでは実現できなかった新しい機能をデバイスに付加できます。特に円偏光からスピン偏極電子への高効率の変換の実現は新たな光スピントロニクスデバイスの開発に重要です。また、この変換の実現によってスピントランジスタ等の動作実証に不可欠の高いスピン偏極率を持つスピン偏極電子の注入も可能となります。本研究は、半導体量子構造を用いて「円偏光」を「高いスピン偏極率を有するスピン偏極電子」に変換し半導体中に注入することを目的としており、本提案の半導体量子構造が実現されれば、スピントロニクスデバイス研究の飛躍的進展が期待できます。半導体中のスピンの自由度を利用すれば従来のエレクトロニクスでは実現できなかった新しい機能をデバイスに付加できる。特に円偏光からスピン偏極電子への高効率の変換の実現は新たな光スピントロニクスデバイスの開発に重要である。また、この変換の実現によってスピントランジスタ等の動作実証に不可欠の高いスピン偏極率を持つスピン偏極電子の注入も可能となる。本研究は、半導体量子構造を用いて「円偏光」を「高いスピン偏極率を有するスピン偏極電子」に変換し半導体中に注入することを目的とする。今年度は、スピン偏極電子源に用いる半導体量子構造の候補として、GaSb/AlSb多重量子井戸のスピン緩和時間を測定した。二種類のGaSb量子井戸の井戸幅は、13.4nmと48nmである。チタンサファイアレーザーとオプティカルパラメトリック発振器を光源とする時間幅サブピコ秒の光パルスを用いたポンプ・プローブ測定の結果、10Kでのスピン緩和時間は47ps(井戸幅:13.4nm)と164ps(井戸幅:48nm)であり、300Kではそれぞれ6.7 psと7.6psまで高速化することが分かった。この量子井戸のバンドギャップエネルギーは波長換算で1.5マイクロメーターになるが、この波長域でのスピン緩和時間の測定は、我々が測定したInGaAs/InP量子井戸以外には測定例が少なく新しい知見が得られたと言える。また、光通信用発光デバイス等への応用も期待できる。円偏光の照射によってホール準位から電子を光励起する場合、ヘビーホール準位からの励起とライトホール準位からの励起で電子スピンの向きが逆になる。したがって、円偏光を高いスピン偏極率を有する電子に変換するためには、ヘビーホールとライトホールの量子準位をエネルギー的に分離し、ヘビーホール準位のみを選択的に光励起するのが望ましい。従来のスピン偏極電子源ではこの両エネルギー準位の分離のために歪構造が用いられているが、本研究では井戸幅の狭い量子井戸を用いることに特徴がある。スピン偏極電子源に用いる半導体量子構造の候補として、GaSb/AlSb多重量子井戸のスピン緩和時間を測定した。二種類のGaSb量子井戸の井戸幅は、13.4nmと48nmである。この量子井戸の低温でのバンドギャップエネルギーは波長換算で1.5マイクロメーターを超えるので光通信用発光デバイスへの応用も期待できる。オプティカルパラメトリック発振器を光源とするポンプ・プローブ測定の結果、10Kでのスピン緩和時間は47ps(井戸幅:13.4nm)と164ps(井戸幅:48nm)であり、300Kではそれぞれ6.7 psと7.6psまで高速化することが分かった。この量子構造の応用上のポテンシャルについてはさらに調べる予定である。井戸幅が狭いとスピン緩和時間が短くなるので、これを解決するために狭い量子井戸で作ったスピン偏極電子を幅の広い量子井戸にトンネル効果を利用して移して長寿命化を図る。この目的のために、Type-IIトンネル双量子井戸のトンネル時間とスピン緩和時間を調べる予定である。Type-IIトンネル双量子井戸では、タイプI型量子井戸(GaAs)の隣にバリア層（AlGaAs）を介してタイプII型量子井戸(AlAs)を積層している。タイプI型量子井戸に光励起されたスピン偏極電子はタイプII型量子井戸のＸ点にトンネルする。その結果、電子とホールが空間的に分離されることによって交換相互作用が減少するので、長いスピン緩和時間が期待される。また、高いスピン偏極率と長いスピン緩和時間を実現する半導体量子構造として、GaSb/AlSb多重量子井戸を含む新たな量子構造の応用可能性の検討も進める

  • Highly spin polarized quantum dots with long spin relaxation time for future circularly polarized light emitting diodes

    Project Year :

    2010.04
    -
    2013.03
     

    　View Summary

    For the realization of the circularly polarized light emitting diode, spin polarizations and spin relaxation times of some III-V compound semiconductors were investigated. InAs columnar quantum dots showed 3.42 ns-spin relaxation at 1.06 micron meter. The highly uniform InAs quantum dots exhibited the stable eliptical polarization caused by the in-plane anisostropies of the dot shape and strain distribution. Highly Si doped GaInP showed 210 ns-spin relaxation which is one of the longest spin relaxations ever observed

  • 新機能性物質における自己組織化ナノ領域の計測と制御

    学術フロンティア推進事業

    Project Year :

    2005
    -
    2009
     

  • 高機能性新半導体デバイス開発

    ハイテク・リサーチ・センター整備事業

    Project Year :

    1998
    -
    2002
     

  • 過渡的磁性半導体の機能の研究

    　View Summary

    過渡的磁性半導体のスピン物性解明のために、量子井戸内のスピン緩和機構と量子ドット間の交換相互作用の検討を行った。まず、量子井戸内のスピン緩和機構として、Elliott-Yafet効果のスピン緩和時間を理論的に求め、スピン緩和時間が量子化エネルギーに反比例することを明らかにした。これは、さきに実験的に求めたInGaAs/InP量子井戸のスピン緩和時間の量子化エネルギー依存性と同じ依存性であり、E-Y効果が支配的なスピン緩和機構であることを示唆している。InGaAs/InP量子井戸で量子化エネルギーによってスピン緩和時間が制御できることを明らかにしたことにより、光通信に対応する波長1.55ミクロンで、スピンをデバイス応用しうる可能性に大きく道を開いた。また、量子ドット間の交換相互作用の検討では、ハイトラー・ロンドン近似を用いて交換相互作用を計算した。現在、量子ドットをメモリーやコンピューティングに応用する提案がなされているが、とくにドット中に生成されたキャリアのスピンが近接するドットのキャリアスピンと持つどのような相互作用を持つかは、今後、量子ドットのスピンをデバイス応用する際の最重要ファクターの一つになる。このため、今回は、一対の近接した量子ドット(結合量子ドット)に光励起された電子の交換相互作用エネルギーを計算し、さらにドットを立方晶に配置した場合のネール温度を求めた。その結果、結合量子ドットが反強磁性になること、また準現実的なドット構造ではそのネール温度が150Kに達することを明らかにした

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Specific Research 【 display / non-display 】

  • 半導体量子構造による円偏光の高偏極長スピン寿命電子への変換

    2020  

    　View Summary

    　本研究は、円偏光励起によって高いスピン偏極率を実現する半導体量子構造と、光励起された高スピン偏極電子を長いスピン寿命を維持したまま流す半導体量子構造を組み合わせることによって、これまで不可能だった“高スピン偏極で長スピン寿命のスピン偏極電子”への変換の実現を目的とする。この実現には各種の化合物半導体でのスピン緩和時間の情報が極めて重要である。本研究ではGaAs/AlGaAs/AlAs type-II トンネル双量子井戸において電子のスピン緩和時間を調べた。

  • 半導体量子構造による円偏光の高偏極長スピン寿命電子への変換

    2019  

    　View Summary

    半導体スピントロニクスデバイスとしてスピントランジスタやアンプが提案され世界中で研究が進展している。本研究は、円偏光励起によって高いスピン偏極率を実現する半導体量子構造と、光励起された高スピン偏極電子を長いスピン寿命を維持したまま流す半導体量子構造を組み合わせることによって、これまで不可能だった“高スピン偏極で長スピン寿命のスピン偏極電子”への変換の実現を目的とする。この実現には各種の化合物半導体でのスピン緩和時間の情報が極めて重要である。本研究では同一のGaAs基板上に成長させた3種類の井戸幅のGaAs/AlGaAs量子井戸のスピン緩和時間を調べた。

  • 円偏光励起による高偏極長スピン寿命半導体量子構造電子注入源

    2018  

    　View Summary

    半導体スピントロニクスデバイスとしてスピントランジスタやアンプが提案され世界中で研究が進展している。本研究は、円偏光励起によって高いスピン偏極率を実現する半導体量子構造と、光励起された高スピン偏極電子を長いスピン寿命を維持したまま流す半導体量子構造を組み合わせることによって、これまで存在しなかった“高スピン偏極で長スピン寿命のスピン偏極電子注入源”の実現を目的とする。この実現には各種の化合物半導体でのスピン緩和時間の情報が極めて重要である。InPは小さな有効質量と高い電子移動度を持つ代表的な化合物半導体であることから、本研究では、ZnドープInPバルクのスピン緩和時間を調べた。

  • 円偏光励起による高偏極長スピン寿命半導体ナノ量子構造電子注入源

    2017  

    　View Summary

    III-V族化合物半導体を用いたスピントロニクス応用としてスピン偏極電子源に半導体ナノ量子構造を用いる研究が進んでいる。本研究は、円偏光励起によって高いスピン偏極率の電子を生成する「高スピン偏極量子構造」と、生成された高スピン偏極電子を高いスピン偏極率を維持したまま電界下で移動させる「超長スピン寿命量子構造」からなる高スピン偏極電子注入源を実現することが目的である。この応用では各種の構造でのスピン緩和時間の情報が極めて重要だが、本研究では、GaInNAs量子井戸とInGaAs量子井戸、それにBeドープのInGaAsPバルクやFeドープのInPバルクのスピン緩和時間などを調べた。

  • 円偏光励起による半導体量子構造スピン偏極電子注入源

    2016  

    　View Summary

    　III-V族化合物半導体を用いたスピントロニクス応用ではスピン偏極電子源に超格子構造を用いる研究が進んでいる。本研究は、円偏光励起によって高いスピン偏極率の電子を生成する「高スピン偏極量子構造」と、生成された高スピン偏極電子を高いスピン偏極率を維持したまま電界下で移動させる「超長スピン寿命量子構造」からなる高スピン偏極電子注入源を実現することが目的である。この応用では各種の構造でのスピン緩和時間の情報が極めて重要だが、本研究では、トンネル効果を用いて光吸収による応答からの超高速の回復を図るトンネル双量子井戸構造やGaAs/GaAsP歪補償超格子、それにInGaAs/AlGaAs/AlAsSb結合量子井戸、さらにCuInSe2のスピン緩和時間などを調べた。

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Syllabus 【 display / non-display 】

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