東北大学研究者紹介

研究者詳細

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イシハラ　ジユン

石原　淳

Jun Ishihara

所属

大学院工学研究科　知能デバイス材料学専攻　情報デバイス材料学講座（電光子情報材料学分野）

職名

助教

学位

博士（工学）（東北大学）
修士（工学）（東北大学）

researchmap

https://researchmap.jp/j000246

J-GLOBAL ID

201701007194863980

e-Rad 研究者番号

50801156

ORCID

https://orcid.org/0000-0002-9574-1332

経歴 7

2024年10月～継続中

国立研究開発法人科学技術振興機構　さきがけ研究者（兼任）
2024年4月～継続中

東北大学　大学院工学研究科　助教
2023年4月～ 2024年3月

東北大学　大学院工学研究科　特任助教
2022年4月～ 2023年3月

東京理科大学　理学部第一部応用物理学科　講師
2017年4月～ 2022年3月

東京理科大学　理学部第一部応用物理学科　助教
2014年4月～ 2017年3月

シスメックス株式会社
2012年4月～ 2014年3月

日本学術振興会　特別研究員(DC1)

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学歴 2

東北大学　工学研究科　電子工学専攻

～ 2014年
東北大学　工学部

～ 2010年

所属学協会 1

応用物理学会

研究キーワード 2

半導体
スピントロニクス

研究分野 2

自然科学一般 / 半導体、光物性、原子物理 /
ナノテク・材料 / 応用物性 /

論文 25

プログラマブルな空間構造光で創る非磁性半導体中の電子スピン空間構造招待有り査読有り

石原淳

まてりあ　64　(7)　473-477　2025年7月1日

DOI： 10.2320/materia.64.473 　
Selective Synthesis of Large-Area Monolayer Tin Sulfide from Simple Substances 査読有り

Kazuki Koyama, Jun Ishihara, Nozomi Matsui, Atsuhiko Mori, Sicheng Li, Jinfeng Yang, Shiro Entani, Takeshi Odagawa, Makito Aoyama, Chaoliang Zhang, Ye Fan, Ibuki Kitakami, Sota Yamamoto, Toshihiro Omori, Yasuo Cho, Stephan Hofmann, Makoto Kohda

Nano Letters　2025年6月25日

DOI： 10.1021/acs.nanolett.5c01639 　
Effect of photoexcited carrier density on spin diffusion coefficient and helical spin lifetime 査読有り

Ryo Tokimitsu, Takachika Mori, Jun Ishihara, Makoto Kohda, Yuzo Ohno, Kensuke Miyajima

Physical Review Research　2025年4月21日

DOI： 10.1103/PhysRevResearch.7.023072 　
Direct imprinting of arbitrary spin helices using programmable structured light in a semiconductor two-dimensional electron gas 査読有り

Keito Kikuchi, Jun Ishihara, Miari Hiyama, Sota Yamamoto, Yuzo Ohno, Takachika Mori, Kensuke Miyajima, Makoto Kohda

Physical Review Applied　2025年4月7日

DOI： 10.1103/PhysRevApplied.23.044017 　
Two-color Kerr rotation spectroscopy of a suspended transition-metal dichalcogenide monolayer 査読有り

G. Mariani, Y. Kunihashi, L. Smet, T. Wakamura, S. Sasaki, J. Ishihara, M. Kohda, J. Nitta, H. Sanada

Applied Physics Letters　2024年12月16日

DOI： 10.1063/5.0240071 　
Threshold temperature of superfluorescence generation in CuCl quantum dots under resonant excitation of excitons and resonant two-photon excitation of biexcitons 査読有り

Kohei Kawamura, Tomoharu Yoshida, Jun Ishihara, Akira Ishikawa, Kensuke Miyajima

Journal of Physics: Condensed Matter　2024年10月30日

DOI： 10.1088/1361-648X/ad636c 　
Coherent transfer of the higher-order polarization state of photons to the spin structure state of electrons in a semiconductor 査読有り

Toshiki Matsumoto, Sota Sato, Shota Akei, Yuichiro Nakano, Satoshi Iba, Jun Ishihara, Katsuhiko Miyamoto, Nobuhiko Yokoshi, Takashige Omatsu, Ken Morita

Optica Quantum　2024年8月25日

DOI： 10.1364/OPTICAQ.527615 　
Polarization-dependent photoluminescence of Ce-implanted MgO and MgAl₂O₄ 査読有り

Manato Kawahara, Yuichiro Abe, Koki Takano, F. Joseph Heremans, Jun Ishihara, Sean E. Sullvan, Christian Vorwerk, Vrindaa Somjit, Christopher P. Anderson, Gary Wolfowicz, Makoto KOHDA, Shunuske Fukami, Giulia Galli, David D. Awschalom, Hideo Ohno, Shun Kanai

Applied Physics Express　2024年6月19日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1882-0786/ad59f4 　

ISSN：1882-0778

eISSN：1882-0786

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Abstract Since the qubit’s performance of solid-state spin centers depends highly on the host material, spin centers using new host materials may offer new qubit applications. We investigate the optical properties of Ce-implanted MgO and MgAl2O4 as potential materials holding the optically accessible qubit. We find that the photoluminescence of Ce-implanted MgAl2O4 is more than 10 times brighter than that of Ce-implanted MgO and observe polarization-dependent emission of Ce center in MgAl2O4 with 2% at 4 K under 500 mT, suggesting that the properties required for initializing and reading the state of the spin qubit have been achieved.
Enhanced interlayer electron transfer by surface treatments in mixed-dimensional van der Waals semiconductor heterostructures 査読有り

Takeshi Odagawa, Sota Yamamoto, Chaoliang Zhang, Kazuki Koyama, Jun Ishihara, Giacomo Mariani, Yoji Kunihashi, Haruki Sanada, Junsaku Nitta, Makoto Kohda

APL Materials　12　(6)　2024年6月1日
出版者・発行元： AIP Publishing
DOI： 10.1063/5.0214718 　

eISSN：2166-532X

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We investigate the excitonic species in WS2 monolayers transferred onto III–V semiconductor substrates with different surface treatments. When the III–V substrates were covered with amorphous native oxides, negatively charged excitons dominated the spectral weight in low-temperature near-resonance photoluminescence (PL) measurements. However, when the native oxides of the III–V substrates were reduced, neutral excitons began to dominate the spectral weight, indicating a reduction in the electron density in the WS2 monolayers. The removal of the native oxides enhanced the electron transfer from the WS2 monolayer to the III–V substrate. In addition, an additional shoulder-like PL feature appeared ∼50 meV below the emission of neutral excitons, which can be attributed to the emission of localized excitons. When the III–V substrate surface was passivated by sulfur after the reduction of the native oxides, neutral excitons still dominated the spectral weight. However, the low-energy PL shoulder disappeared again, suggesting the effective delocalization of excitons through substrate surface passivation. Surface engineering of the semiconductor substrates for two-dimensional (2D) materials can provide a novel approach to control the carrier density of the 2D materials, implement deterministic carrier localization or delocalization for the 2D materials, and facilitate the interlayer transfer of charge, spin, and valley currents. These findings open the avenue for novel device concepts and phenomena in mixed-dimensional semiconductor heterostructures.
Imprinting Spatial Helicity Structure of Vector Vortex Beam on Spin Texture in Semiconductors 査読有り

Jun Ishihara, Takachika Mori, Takuya Suzuki, Sota Sato, Ken Morita, Makoto Kohda, Yuzo Ohno, Kensuke Miyajima

Physical Review Letters　130　(12)　2023年3月24日

DOI： 10.1103/PhysRevLett.130.126701 　

ISSN：0031-9007

eISSN：1079-7114
Effect of anionic surfactant on dispersibility and luminescence of silicon carbide nanotubes 査読有り

Tatsuya Suzuki, Jun Ishihara, Tomitsugu Taguchi, Kensuke Miyajima

Journal of Luminescence　245　118771-118771　2022年5月
出版者・発行元： Elsevier {BV}
DOI： 10.1016/j.jlumin.2022.118771 　
Spatiotemporal spin dynamics of two-dimensional electron gas with ballistic motion in persistent spin helix state 査読有り

Jun Ishihara, Takuya Suzuki, Go Kitazawa, Takachika Mori, Yuzo Ohno, Kensuke Miyajima

Physical Review B　105　(14)　2022年4月12日
出版者・発行元： American Physical Society ({APS})
DOI： 10.1103/PhysRevB.105.144412 　
Influences of quantum fluctuation on superfluorescent spectra observed by single-shot measurement for semiconductor quantum dots 査読有り

Masaki Nasu, Kohei Kawamura, Tomoharu Yoshida, Jun Ishihara, Kensuke Miyajima

Applied Physics Express　2020年6月1日
出版者・発行元： {IOP} Publishing
DOI： 10.35848/1882-0786/ab8b50 　
Zero-field spin precession dynamics of high-mobility two-dimensional electron gas in persistent spin helix regime 査読有り

Jun Ishihara, Go Kitazawa, Yuya Furusho, Yuzo Ohno, Hideo Ohno, Kensuke Miyajima

Physical Review B　101　(9)　2020年3月31日
出版者・発行元： American Physical Society ({APS})
DOI： 10.1103/PhysRevB.101.094438 　
Fabrication of silicon carbide nanoparticles using picosecond pulsed laser ablation in acetone with characterizations from TEM and XRD 査読有り

Takumu Yamada, Fumisato Araki, Jun Ishihara, Kensuke Miyajima

AIP Advances　9　(10)　105011-105011　2019年10月
出版者・発行元： {AIP} Publishing
DOI： 10.1063/1.5121756 　
Carrier and spin dynamics of high-density exciton magnetic polarons in Cd<inf>0.8</inf>Mn<inf>0.2</inf>Te 査読有り

Hirase, T., Koyama, H., Nagata, M., Ishihara, J., Miyajima, K.

Journal of Physics Condensed Matter　31　(42)　425403(1)-(9)　2019年7月

DOI： 10.1088/1361-648X/ab2dc1 　
Observation of optical Stark effect between 1s - 2p exciton levels in CuCl single crystal 査読有り

S. Efumi, Y. Uchibori, J. Ishihara, K. Miyajima

Journal of Physics: Conference Series　1220　012022(1)-(4)　2019年5月

DOI： 10.1088/1742-6596/1220/1/012022 　
Generation processes of superfluorescence of biexcitons in CuCl quantum dots by one- and two-photon resonant excitation 査読有り

K. Kawamura, T. Yoshida, M. Nasu, J. Ishihara, A. Ishikawa, K. Miyajima

Journal of Physics: Conference Series　1220　012020(1)-(4)　2019年5月

DOI： 10.1088/1742-6596/1220/1/012020 　
Strain dependence of nuclear spin coherence in a (110)GaAs/AlGaAs quantum well 査読有り

Jun Ishihara, Masaaki Ono, Genki Sato, Shunichiro Matsuzaka, Yuzo Ohno, Hideo Ohno

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　53　(9)　093001　2014年9月

DOI： 10.7567/JJAP.53.093001 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
Direct mapping of photoexcited local spins in a modulation-doped GaAs/AlGaAs wires 査読有り

Jun Ishihara, Yuzo Ohno, Hideo Ohno

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　53　(4)　04EM04(1)-(3)　2014年4月

DOI： 10.7567/JJAP.53.04EM04 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
Strain and origin of inhomogeneous broadening probed by optically detected nuclear magnetic resonance in a (110) GaAs quantum well 査読有り

M. Ono, J. Ishihara, G. Sato, S. Matsuzaka, Y. Ohno, H. Ohno

PHYSICAL REVIEW B　89　(11)　115308(1)-(4)　2014年3月

DOI： 10.1103/PhysRevB.89.115308 　

ISSN：1098-0121

eISSN：1550-235X
Direct imaging of gate-controlled persistent spin helix state in a modulation-doped GaAs/AlGaAs quantum well 査読有り

Jun Ishihara, Yuzo Ohno, Hideo Ohno

APPLIED PHYSICS EXPRESS　7　(1)　013001(1)-(4)　2014年1月

DOI： 10.7567/APEX.7.013001 　

ISSN：1882-0778

eISSN：1882-0786
A strong anisotropy of spin dephasing time of quasi-one dimensional electron gas in modulation-doped GaAs/AlGaAs wires 査読有り

J. Ishihara, M. Ono, Y. Ohno, H. Ohno

APPLIED PHYSICS LETTERS　102　(21)　212402(1)-(4)　2013年5月

DOI： 10.1063/1.4807171 　

ISSN：0003-6951
Coherent Manipulation of Nuclear Spins in Semiconductors with an Electric Field 査読有り

Masaaki Ono, Jun Ishihara, Genki Sato, Yuzo Ohno, Hideo Ohno

APPLIED PHYSICS EXPRESS　6　(3)　033002(1)-(3)　2013年3月

DOI： 10.7567/APEX.6.033002 　

ISSN：1882-0778
Magnetic Field Dependence of Quadrupolar Splitting and Nuclear Spin Coherence Time in a Strained (110) GaAs Quantum Well 査読有り

Jun Ishihara, Masaaki Ono, Genki Sato, Shunichiro Matsuzaka, Yuzo Ohno, Hideo Ohno

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　50　(4)　04DM03(1)-(3)　2011年4月

DOI： 10.1143/JJAP.50.04DM03 　

ISSN：0021-4922

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講演・口頭発表等 6

空間光・スピン変換による半導体中のスピンテクスチャの生成と検出招待有り

第72回応用物理学会春季学術講演会シンポジウム　2025年3月16日
非磁性半導体における光励起スピンテクスチャのダイナミクス招待有り

石原淳

第3回超高速光エレクトロニクス研究会　2024年8月22日
Optically excited persistent spin helix dynamics of two-dimensional electron gas in semiconductor quantum well 招待有り

Jun Ishihara

The 5th Japan-Korea Spintronics Workshop　2024年5月30日
Optical generation of electron spin textures in semiconductors 招待有り

Jun Ishihara

The 27th Symposium on the Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors　2024年3月17日
Generation of spin textures in semiconductors using vector vortex beams 招待有り

Jun Ishihara

EU-Japan Workshop on Spintronics and Quantum Transformation (Spin-QX 2023)　2023年8月9日
非磁性半導体におけるスピンテクスチャの光生成と制御招待有り

石原淳

CRESTトポロジー領域合同セミナー　2023年5月30日

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産業財産権 1

電子スピン波の波長変換装置、演算装置、および電子スピン波の位相変調装置

古舘海生, 菊池奎斗, 小田川武史, 菅原楓大, 関剛斎, 山本壮太, 石原淳, 好田誠

特許7609502

産業財産権の種類: 特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題 15

光で創るスピンテクスチャ機能

石原淳

2024年10月～ 2028年3月

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本研究では、光波の軌道角運動量や空間自由度、光干渉増幅、周波数-空間変換、プログラマブルな偏光制御など、光科学および光技術の発展によってもたらされた光機能を極限まで活用し、従来の限界を超えた光とスピンテクスチャのメディア変換技術基盤を確立します。そして連続媒質型物理リザバーといった機能性を示すことで、光の高い拡張性を利用した複雑なスピンテクスチャならではの高速・大容量処理の技術革新を目指します。
スピンホールナノオッシレータのアレイ化による狭線幅RF磁場の生成と応用

金井駿, 土肥昂尭, 石原淳

2023年9月～ 2027年3月
電子スピン波を用いた革新的情報処理・伝送の創生

好田誠, 石原淳

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

研究機関：Tohoku University

2021年4月～ 2026年3月
モノカルコゲナイド系層状半導体における永久スピン旋回機能発現

石原淳

2025年～ 2026年
半導体中の永久スピン旋回ダイナミクスの高感度・高速イメージング

石原淳

2023年～ 2024年
軌道運動を利用した半導体中スピンの全光操作

石原淳

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究機関：Tokyo University of Science

2021年4月～ 2023年3月
半導体量子井戸中のヘリカルスピン状態の光制御

石原淳

2023年～
磁気トンネル接合への色中心の導入と量子状態の電気的制御

金井駿, 石原淳

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

研究機関：Tohoku University

2019年10月～ 2022年3月
カルコゲナイド層状半導体における光励起スピンの時空間ダイナミクスの解明

石原淳

2021年～ 2022年
光-スピン変換を利用した半導体中のスピン制御に関する研究

石原淳

2018年～ 2021年
スピンの空間分布の超高解像測定によるスピンダイナミクスの研究

石原淳

2021年～
トポロジカル光波を利用した半導体中スピンの超解像検出と空間分布制御

石原淳

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究機関：Tokyo University of Science

2018年4月～ 2020年3月
スピン軌道有効磁場によるゼロ磁場スピン歳差運動を利用した永久スピン旋回高速伝播メカニズムの解明

石原淳

2020年～
半導体における永久スピン旋回状態の超解像検出とダイナミクスの解明

石原淳

2018年～
半導体量子構造中の電子・核スピンコヒーレントダイナミクスの制御に関する研究

石原淳

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究種目：Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究機関：Tohoku University

2012年4月～ 2014年3月

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本研究では, 高感度・高分解能の電子・核スピンの光検出技術を基に, GaAs量子構造中の電子・核スピンコヒーレンスの制御を光学的手法により実現し制御技術を確立することを目的としている. 本年度は, 高感度・高空間分解能を持つ時間・空間分解カー回転顕微光学系を構築することで, スピンの時空間発展を測定した. また, ゲート電界によってスピン軌道相互作用(Spin-orbit Interaction : SOI)が変調され, スピンの空間分布が変化することを直接観測した. SOIによる有効磁場はスピンの操作に有効であるが, 一方で, その運動方向依存性によりスピンの状態を急速に緩和させる. しかし, RashbaとDresselhausの2つのSOIの強さが等しいスピン永久旋回(Persistent Spin Helix : PSH)状態では有効磁場が運動方向に依らず, スピン緩和が抑制され, 原理的にはスピンが永久に伝搬されるとして注目されている. 前年度に細線中のスピンアンサンブルからPSH状態に近いことを確認している片側変調ドープの量子井戸における二次元電子のスピンの時間・空間変化を測定した結果, PSH状態で特徴的なスピンの空間的ストライプが観測され, PSH状態に近いことが直接的に確かめられた. 2つのSOIのうち構造の反転非対称に起因するRashba SOIは, 外部ゲート電圧によって井戸内の電界を変えることで制御できる. そこで次に試料に半透明ショットキーゲート電極を作製し, スピンの時空間変化のゲート電圧依存性を測定した. その結果, ゲート電圧によってスピンの空間的歳差運動の周期が変化することを直接的に観測した. また, 磁場印加時のスピン空間分布の時間変化から, RashbaとDresselhaus SOIの大きさを定量的に評価した結果, ゲート電圧が-0.2Vの時に, RashbaとDresselhaus SOIが等しくなるPSH状態になっていることがわかった.

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担当経験のある科目(授業) 6

創造工学研修　東北大学工学部
材料科学総合学実験　東北大学工学部
応用物理特別講義２　東京理科大学理学部第一部
応用物理学実験　東京理科大学理学部第一部
物理学実験　東京理科大学理学部第一部
光物理１　東京理科大学理学部第一部

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メディア報道 11

次世代半導体材料SnSの研究が前進、大面積の単層結晶成長に成功

アイティメディア　EETimes Japan

2025年6月

メディア報道種別: インターネットメディア
Tin Sulfide Advance Paves Way for Faster, More Efficient Electronics

Hadamard LLC　Quantum Zeitgeist

2025年6月

メディア報道種別: インターネットメディア
半導体内の「電子スピン波」を自由に制御。東北大学などの研究

Yahoo!ニュース

2025年4月

メディア報道種別: インターネットメディア
東北大ら，半導体内の電子スピン波をSLMで制御

オプトロニクス社　OPTRONICS ONLINE

2025年4月

メディア報道種別: インターネットメディア
Transfer of the quantum information of photons to the spin structure state of electrons — A step toward realizing new high-capacity information processing

JST　Science Japan

2024年12月

メディア報道種別: インターネットメディア
表面処理で2次元、3次元半導体ヘテロ構造で電荷状態の制御に成功

アイティメディア　MONOist

2024年7月

メディア報道種別: インターネットメディア
Spintronic Transistor Tech in a Vortex Beam - Lasers inch stable patterns of spins closer to memory and computing

IEEE　IEEE Spectrum

2023年4月

メディア報道種別: インターネットメディア
偏光空間構造を用い、スピンの空間構造を直接生成

アイティメディア　EETimes Japan

2023年3月

メディア報道種別: インターネットメディア
ベクトル光渦の偏光空間構造を半導体中のスピンに印刷理科大などが成功

マイナビニュース　TECH+

2023年3月

メディア報道種別: インターネットメディア
理科大ら，ベクトル光渦の空間構造をスピンに印刷

オプトロニクス社　OPTRONICS ONLINE

2023年3月

メディア報道種別: インターネットメディア
Beaming in a Spin Texture

American Physical Society　Physics Magazine

2023年3月

メディア報道種別: 会誌・広報誌

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学術貢献活動 1

The 27th Symposium on the Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors

2024年3月16日～ 2024年3月17日