光により制御された高密度電子正孔系における超流動現象と非線形光学効果

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レーザー光で半導体などを励起すると、電子と正孔の束縛状態である励起子が生成されるが、励起子のボ-ズ粒子的な性質のため、超伝導や超流動に類似な興味深い光学現象を示す。本研究課題では、特に強いレーザ光により生成さた高密度電子正孔系における巨視的量子状態の性質を明らかにするために、(1)自然放出光スペクトルの解析、(2)ポンプ・プローブ光学応答の解析、を行った。平均場からの揺らぎを考慮するために、超伝導に対してアンダーソンが適用した、一般化された乱雑位相近似(GRPA)を用いた。超伝導の場合と異なり、繰り込まれた自己エネルギーやギャップ関数の運動量依存性と周波数依存性を十分精度良く取り込んだ。その結果、(1)自然放出光スペクトルには、密度の揺らぎと位相の揺らぎの両方が関与するが、ポンププローブ分光のスペクトルには、位相揺らぎ(アンダーソンモード)だけが反映され事が示された。また、(2)比較的粒子数密度が低い場合に生ずる励起子-励起子相互作用によるPスペクトル線と、高密度状態でのBCSギャップ端でのスペクトルのピーク構造とのクロスオーバーが明らかにされた。Pスペクトル線の従来の解析は、単に2励起子の少数自由度の問題であったが、本課題においては多体問題理論による取り扱いのため、高密度状態への漸近的振る舞いが初めて解明された。これらの結果は、The 2^<nd> International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matterと、the 9^<th> International Conference on the Dynamics of Excited States of Solidsで発表された。