イオン性結晶薄膜中の励起子と励起子分子の閉じ込め効果

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共有性からイオン性結合に至る一連の物質群について,エピタキシャル成長による薄膜制作,界面形成に関する要求と,その空間閉じ込め効果による,電子状態の変化に対する興味は,ますます大きく成っている。本研究では,先ず超高真空下での分子線エピタキシ-法により,NaCl型構造のMgO(001)基板上に,閃亜鉛鉱型構造のCuCl,CuBrを成長させる事を試みた。薄膜の構造は,反射高速電子線回折(RHEED)のその場観察,及びX線回折,原子間力顕微鏡を用いて調べた。そして,良好な2次元成長が生じ,CuCl,CuBrがそれぞれ異なる界面原子配置を与える事を見いだした。このようなCuCl薄膜の吸収スペクトルの膜厚依存性を液体He温度で測定した。その結果,300Aより薄い各種膜厚の試料で,量子閉じ込め効果を受けた励起子に特徴的な新たな吸収構造を見いだした。この構造の解析により,閉じ込めを受けた励起子の新たな光遷移選択則を得る事ができた。試料がさらに厚くなると,励起子ポラリトンの干渉効果が強まり,この選択則は乱される。また励起子の振動子強度は,膜厚に比例して増大し,閉じ込め量子数の二条に反比例して小さくなる事が示された。これらの実験結果は,励起子の空間量子閉じ込めに特有の効果である事が,大阪大学張教授の解析を用い示された。