低次元電子-正孔系の理論的研究

ドープされていない半導体を光で強く励起し、伝導帯に電子、価電子帯に正孔を多数作って、これらがバンド内緩和するのを待つと、電子正孔系の準平衡状態が実現される。本年度は、これを擬一次元構造に閉じ込めた一次元系を念頭に置き、一次元電子正孔ババードモデルの考察を行った。この格子モデルでは、電子間、正孔間の斥力と電子正孔間引力がオンサイト相互作用として取り扱われる。まず、この系の状態密度を計算し、基底状態が相互作用パラメータによらず常に絶縁的である事を明らかにした。これは初年度に行ったボゾン化法による考察の結果を裏付けるものである。また、引力相互作用が斥力相互作用に比べて大きいか小さいかによって、エネルギーギャップがそれぞれ、局所的励起子分子相関、局所的励起子相関によって生じることも明らかにした。さらに、この状態密度の情報に加え、励起子相関をはしご近似で取り入れ、バンド間光吸収・利得スペクトルも考察した。その結果、1.状態密度のギャップを反映し、吸収端と放出端の間に吸収・利得のないギャップ構造が現れること、2.これらの端近傍で新たなデルタ関数型の孤立ピークを生じること、3.端近傍の連続的なスペクトルは強度が著しく抑制されることが分かった。バルク系についても電子正孔ハバードモデルを考察し、スレーブボゾン法による考察を行って、その結果を上記の一次元系の結果と比較した。

ドープされていない半導体を光で強く励起し、伝導帯に電子、価電子帯に正孔を多数作って、これらがバンド内緩和するのを待つと、電子正孔系の準平衡状態が実現される。本年度は、これを擬一次元構造に閉じ込めた一次元系を念頭に置き、一次元電子正孔ババードモデルの考察を行った。この格子モデルでは、電子間、正孔間の斥力と電子正孔間引力がオンサイト相互作用として取り扱われる。まず、この系の状態密度を計算し、基底状態が相互作用パラメータによらず常に絶縁的である事を明らかにした。これは初年度に行ったボゾン化法による考察の結果を裏付けるものである。また、引力相互作用が斥力相互作用に比べて大きいか小さいかによって、エネルギーギャップがそれぞれ、局所的励起子分子相関、局所的励起子相関によって生じることも明らかにした。さらに、この状態密度の情報に加え、励起子相関をはしご近似で取り入れ、バンド間光吸収・利得スペクトルも考察した。その結果、1.状態密度のギャップを反映し、吸収端と放出端の間に吸収・利得のないギャップ構造が現れること、2.これらの端近傍で新たなデルタ関数型の孤立ピークを生じること、3.端近傍の連続的なスペクトルは強度が著しく抑制されることが分かった。バルク系についても電子正孔ハバードモデルを考察し、スレーブボゾン法による考察を行って、その結果を上記の一次元系の結果と比較した。