Novel detector of THz light using an array of quantum dots

本研究課題の目的は、量子ドット集合系にテラヘルツ（THz）光を当てたときの光電流（photocurrent）の物理を開拓し、高感度THz光検出器への応用を提案することである。当該年度は、単一量子ドットにおけるフォトン支援トンネル現象の散乱理論を用いた再定式化、並列２重量子ドット系の光電流における超放射現象の密度行列による計算、および実験で用いられる並列２重量子ドット系の輸送特性、および近藤効果の計算手法の提案、を行った。フォトン支援トンネルは時間依存の問題の一つで、光電流との共通点も多い。その先行する理論研究に問題点が見つかったため、散乱理論による再定式化を試みた。時間に依存するシュレーディンガー方程式から出発することで厳密に解析解を求め、先行研究で使われている密度行列や非平衡グリーン関数の方法との関係を明らかにした。本手法は量子ドット集合系や近藤効果がある場合への拡張が可能である。並列２重量子ドットの光電流における超放射現象に対しては、密度行列を用いることで、前年度のモデル計算とは異なる定式化を行った。２重量子ドットとリード間のトンネル結合によって生じる量子相関が超放射の実現にとって重要であることを示した。また、一般的な状況での光電流特性を数値計算によって評価した。実験で用いられる並列２重量子ドット系の輸送特性、および近藤効果を計算する手法を提案した。まず、現実の実験系を、空間を離散化したタイト・バインディング・モデルによって表して数値シミュレーションを行う。次に、不純物アンダーソンモデルのパラメーターを、シミュレーション結果を再現するように決定する。最後に電子間相互作用を取り入れて近藤効果を厳密に評価する、というものである。この方法による計算で、実験結果と半定量的に一致する結果を得た。

本研究課題の目的は、量子ドット集合系にテラヘルツ（THz）光を当てたときの光電流（photocurrent）の物理を開拓し、高感度THz光検出器への応用を提案することである。当該年度は、単一量子ドットにおけるフォトン支援トンネル現象の散乱理論を用いた再定式化、並列２重量子ドット系の光電流における超放射現象の密度行列による計算、および実験で用いられる並列２重量子ドット系の輸送特性、および近藤効果の計算手法の提案、を行った。フォトン支援トンネルは時間依存の問題の一つで、光電流との共通点も多い。その先行する理論研究に問題点が見つかったため、散乱理論による再定式化を試みた。時間に依存するシュレーディンガー方程式から出発することで厳密に解析解を求め、先行研究で使われている密度行列や非平衡グリーン関数の方法との関係を明らかにした。本手法は量子ドット集合系や近藤効果がある場合への拡張が可能である。並列２重量子ドットの光電流における超放射現象に対しては、密度行列を用いることで、前年度のモデル計算とは異なる定式化を行った。２重量子ドットとリード間のトンネル結合によって生じる量子相関が超放射の実現にとって重要であることを示した。また、一般的な状況での光電流特性を数値計算によって評価した。実験で用いられる並列２重量子ドット系の輸送特性、および近藤効果を計算する手法を提案した。まず、現実の実験系を、空間を離散化したタイト・バインディング・モデルによって表して数値シミュレーションを行う。次に、不純物アンダーソンモデルのパラメーターを、シミュレーション結果を再現するように決定する。最後に電子間相互作用を取り入れて近藤効果を厳密に評価する、というものである。この方法による計算で、実験結果と半定量的に一致する結果を得た。