大振幅ゴールドストーンボソン励起による非平衡相転移の研究

自発的対称性の破れを伴った相転移を起こす物質では、フォノンやマクノンのような系の対称性の破れに関わるゴールドストーンボソンが発現する。本課題は、非平衡相転移の物理を明らかにすることを目標としてゴールドストーンホソンの直接励起に注目していた。当該年度は、1MV/cm超の電場強度をもつTHz光を光励起された半導体に照射することで束縛キャリアのイオン化に成功した。ゴールドストーンボソン励起による相転移だけでなく、モット絶縁体も含めたよりさまざまな系における相転移現象を包括的に調べるための新たな実験手法を確立することができた。ゴールドストーンボソンに共鳴した高強度THz光源は、瞬間的な高電場パルスであるため、束縛キャリアをイオン化するために用いることも可能である。束縛キャリアをイオン化して自由キャリアへと励起できれば、モット絶縁体から金属への相転移を引き起こすことも可能である。そこで、束縛されて凍結したキャリアのイオン化を目的として、光励起した試料にTHz光を照射した。可視領域の連続光で励起した半導体GaAs量子井戸に繰り返し1kHzでTHz光を照射することで、発光の増大を観測することができた。これは束縛準位に捕獲されて発光に寄与しなかった光キャリアがTHz光によってイオン化され、自由キャリアとなったことを意味している。定常状態の自由キャリア数に比べて、イオン化によって自由キャリア数は10000倍にも達することがわかった。光キャリアのうち、束縛準位に捕獲される割合は自由キャリア数に比べて1%程度と小さいが、THz光の繰り返し時間1msの間に蓄積された束縛キャリアを一気にイオン化することで10000倍もの自由キャリア生成が可能になった。また、計算との比較から束縛エネルギーを見積もることができ、40meVの深い束縛準位に捕獲されたキャリアすら完全にイオン化できていることがわかった。

自発的対称性の破れを伴った相転移を起こす物質では、フォノンやマクノンのような系の対称性の破れに関わるゴールドストーンボソンが発現する。本課題は、非平衡相転移の物理を明らかにすることを目標としてゴールドストーンホソンの直接励起に注目していた。当該年度は、1MV/cm超の電場強度をもつTHz光を光励起された半導体に照射することで束縛キャリアのイオン化に成功した。ゴールドストーンボソン励起による相転移だけでなく、モット絶縁体も含めたよりさまざまな系における相転移現象を包括的に調べるための新たな実験手法を確立することができた。ゴールドストーンボソンに共鳴した高強度THz光源は、瞬間的な高電場パルスであるため、束縛キャリアをイオン化するために用いることも可能である。束縛キャリアをイオン化して自由キャリアへと励起できれば、モット絶縁体から金属への相転移を引き起こすことも可能である。そこで、束縛されて凍結したキャリアのイオン化を目的として、光励起した試料にTHz光を照射した。可視領域の連続光で励起した半導体GaAs量子井戸に繰り返し1kHzでTHz光を照射することで、発光の増大を観測することができた。これは束縛準位に捕獲されて発光に寄与しなかった光キャリアがTHz光によってイオン化され、自由キャリアとなったことを意味している。定常状態の自由キャリア数に比べて、イオン化によって自由キャリア数は10000倍にも達することがわかった。光キャリアのうち、束縛準位に捕獲される割合は自由キャリア数に比べて1%程度と小さいが、THz光の繰り返し時間1msの間に蓄積された束縛キャリアを一気にイオン化することで10000倍もの自由キャリア生成が可能になった。また、計算との比較から束縛エネルギーを見積もることができ、40meVの深い束縛準位に捕獲されたキャリアすら完全にイオン化できていることがわかった。