半導体超格子中の電子波束運動とサブバンド間遷移によるテラヘルツ利得の解明と制御

半导体超晶格中电子波包运动和子带间跃迁引起的太赫兹增益的阐明和控制

• 批准号: 05J10614
• 负责人: 鵜沼 毅也
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Nagoya University (2007)The University of Tokyo (2005-2006)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J10614/
• 关键词: 超格子; テラヘルツ; プロッホ振動; サブバンド間遷移; シュタルク梯子; 最大エントロピー法; ブロッホ振動; 量子井戸

半導体超格子におけるテラヘルツ利得の物理的理解とそれに基づいた制御を行うため,フェムト秒レーザーを用いてノンドープGaAs系超格子試料から放射されたテラヘルツ電磁波を時間領域計測し,利得に重要なプロッホ振動の初期位相を継た。直流電場下で励起波長を系統的に変化させた測定から,プロッホ振動によるテラヘルツ放射は波形を強固に保つことが分かった。さらに,この波形に最大エントロピー法を適用して時間原点を精確に決定し,cos型減衰振動の電流を仮定したシミュレーションと比較すると,極めて良い一致が得られた。これらの結果から,プロッホ振動による電流が,光パルス励起の瞬間に最大値から始まる特異な位相で超格子中を流れていることが初めて明らかになった。この電流は,ミニバンド分散関係に基づく半古典的プロッホ振動モデルから予想されるものとは全く異なっている。超格子中のミニバンドは直流電場下でシュタルク梯子に分裂するが,構造の並進対称性から,全てのシュタルク準位は等価であるため常に同数の電子を持たなければならない。得られたcos型減衰振動の電流は,この境界条件によって位相を一意に制限された分極電流と解釈することができ,利得の存在に本質的であることが分かった。一般に,半導体テラヘルツ放射デバイスにおいて,電流はゼロから始まると仮定されることが多い。しかし,上記の結果は,電場印加による波動関数の局在のために電流が有限の値から始まりうるという重要な知見を与えている。本成果については,第15回半導体における非平衡キャリアダイナミクスに関する国際会議(HCIS-15),及び,第63回日本物理学会年次大会で口頭発表し,論文を執筆中である。

The understanding of physics of semiconductor superlattice is based on the fundamental control of GaAs superlattice samples, and the measurement of electromagnetic waves in the time domain is important for the initial phase of vibration. The excitation wavelength of the system is measured under DC electric field, and the emission waveform is strengthened. In this case, the maximum waveform is determined by the time origin, and the current of cos type attenuation vibration is determined by the comparison. As a result of this, the maximum value of the moment when the light is excited is the initial value of the current in the lattice. The current is distributed in the basic semi-classical vibration mode. In the superlattice, there are three kinds of electrons: one is the electron, the other is the electron, the other is the electron. The current of cos type attenuation vibration is controlled by the boundary condition, and the polarization current is controlled by the boundary condition. In general, semiconductor emission is very high, and the current is very high. As a result, the electric field ratio is limited and the current is important. This work was presented orally at the 15th International Conference on Semiconductors (HCIS-15) and at the 63rd Annual Conference of the Japanese Physical Society.

项目成果

Temporal Origin of Terahertz Emission and the Initial Phase of Bloch Oscillations in GaAs/AIAs Superlattices

GaAs/AIAs 超晶格中太赫兹发射的时间起源和布洛赫振荡的初始阶段

• 发表时间: 2007
• 作者: Watarai;Ken-Ya;Ohsuga;Ken;Takahashi;Rohta;Fukue;Jun;高橋 労太;T.Unuma;Takeya Unuma;鵜沼 毅也;T. Unuma
• 通讯作者: T. Unuma

GaAs/AIAs超格子におけるTHz放射電場波形の時間原点とプロッホ振動の位相

GaAs/AIAs超晶格中太赫兹辐射电场波形的时间原点和Proch振荡相位

• 发表时间: 2008
• 作者: Watarai;Ken-Ya;Ohsuga;Ken;Takahashi;Rohta;Fukue;Jun;高橋 労太;T.Unuma;Takeya Unuma;鵜沼 毅也
• 通讯作者: 鵜沼 毅也

"Dephasing of Bloch oscillating electrons in GaAs-based superlattices due to interface roughness scattering"

“由于界面粗糙度散射，GaAs 基超晶格中布洛赫振荡电子的相移”

• 发表时间: 2006
• 期刊: Applied Physics Letters vol.89,No.16
• 作者: T. Unuma;N. Sekine;and K. Hirakawa
• 通讯作者: and K. Hirakawa

"Collective and single-particle intersubband excitations in narrow quantum wells selected by infrared absorption and resonant Raman scattering"

“通过红外吸收和共振拉曼散射选择的窄量子阱中的集体和单粒子子带间激发”

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physical Review B vol.74,No.19
• 作者: T. Unuma;K. Kobayashi;A. Yamamoto;M. Yoshita;K. Hirakawa;Y. Hashimoto;S. Katsumoto;Y. Iye;Y. Kanemitsu;and H. Akiyama
• 通讯作者: and H. Akiyama