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半導体超格子の室温テラヘルツ利得における動的電子相関の解明と制御

半导体超晶格室温太赫兹增益动态电子关联的阐明与控制

基本信息

批准号：
21H01362
负责人：
鵜沼毅也
金额：
$ 11.56万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度の成果を踏まえて超格子構造の工夫を進め，電子と共に正孔（電子の抜け穴）の状態も考慮に入れて，波動関数の空間的局在度が異なる構造におけるテラヘルツ放射の性質を以下の通り明らかにした。さらに，試料表面へ外部共振器を加工する際の技術的な問題点にも対策を施した。直流電圧印加下で波動関数の局在度が高くなる超格子試料について，超短光パルス励起により作られる電子の三次元的なエネルギー分布が，ブロッホ振動にどのような影響を及ぼすかを詳細に明らかにした。従来，励起された瞬間から電子が積層方向の印加電圧を感じることになるこの過程は，印加電圧に対する電子のステップ応答と等価であるという見方に基づいて解析され，積層方向へブロッホ振動する電子の複素伝導度スペクトルを与えてきた。しかし，この見方において，電子の面内運動は明示的な形では考慮されていない。本研究では，励起直後の電子が積層方向と面内方向に（すなわち三次元的に）エネルギー分布を持つことを考慮し，その分布を光パルスの中心光子エネルギーにより幅広く変化させながら，テラヘルツ放射波形を測定・解析した。その結果，電子をミニバンドへ励起する上で中心光子エネルギーが不足気味および過剰気味である場合，面内の運動エネルギーはそれぞれ界面ラフネス散乱とフォノン散乱を介して，ブロッホ振動の緩和時間を短くすることが判明した。また，テラヘルツ利得に重要なブロッホ振動の初期位相には，影響を及ぼさないことが分かった。一方，ミニバンド間相互作用によって波動関数の局在度が低くなる超格子試料について，昨年度に観測されたブロッホ振動の特異な初期位相の背後にある，電子および正孔の状態をシミュレートした。その結果，低い直流電圧印加下では一個の正孔波動関数に対して数個の特定の電子波動関数が大きな重なりを持ち，光パルス励起のために重要であることが分かった。

The results of last year's work have been improved in the superlattice structure, and the state of electron and electron holes has been considered. The local degree of space related to the ratio has been changed. The structure has been improved in the following ways. In addition, the test sample surface and external resonator processing technology problem point to implement the strategy DC voltage under the ratio of the number of local high lattice sample, ultra-short optical excitation, as well as the three-dimensional electron generation distribution, vibration, the impact of the number of local high lattice sample, ultra-short optical excitation, ultra-short optical excitation In the future, the excitation starts at the moment when the electrons are induced in the stacking direction, and the process of the induction of the electrons in the stacking direction is different. The electron complex conductivity is analyzed in the stacking direction. The in-plane motion of electrons is expressed in the shape of a square. In this study, the electron accumulation direction and in-plane direction after excitation are taken into account, and the distribution of electron emission is determined and analyzed. As a result, it is found that the central photon generation in the electron excitation field is insufficient and excessive, and the motion generation in the plane is insufficient and the interface is scattered and the relaxation time of the vibration is short. The initial phase of the vibration is very important. On the one hand, the interaction between electrons and electrons is characterized by a low ratio of local temperature and a high degree of superlattice sample temperature. In the past year, it was measured that the initial phase of the vibration of electrons and positive holes is behind the initial phase. As a result, under low DC voltage, a positive hole ratio is required for several specific electron ratios.