間接型半導体における電子正孔系量子凝縮相実現へむけた相制御の研究

间接半导体中实现电子空穴量子凝聚相的相位控制研究

基本信息

批准号：
10J08168
负责人：
鈴木剛
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

間接遷移型半導体における量子凝縮相実現のために、本年度は、比較的高温で起こる励起子モット転移について精力的に研究し、一定の成果を上げることに成功した。間接遷移型半導体Siにおける励起子モット転移については、様々な励起密度における自由キャリア及び励起子の振る舞いを、各々の成分の密度及び散乱確率を定量的に求めることにより考察し、転移密度近傍における自由キャリアの強い相関の発現や、縦波共鳴モードにおいて励起子とプラズモンが結合することなどを明らかにした。さらに、広い温度・密度領域において、イオン化率を求めることで、Siにおける、励起子モットクロスオーバー領域における相図を決定した。イオン化率の振る舞いを見ると、高温領域では、サバ方程式に半定量的に従い、励起子と自由キャリアの割合が、熱力学的安定性に従って決まっていることが分かった。一方、低温領域においては、遮蔽効果が顕在化し、励起密度の上昇と共に励起子が解離していく様子が表れ、低温になるほど、より急峻にイオン化率が上昇する様子が表れた。このことは、一つの可能性として、より低温で予言されている一次転移の前兆の可能性を示唆する結果であると考えられる。直接遷移型GaAsにおける励起子モット転移の研究では、波形整形技術の開発により、励起子共鳴励起が可能になった。励起子共鳴励起下での振る舞いは、励起子の応答が過渡的に観測されるものの、非常に不安定であり、わずか5ps後には解離していく振る舞いも観測された。しかしながら、励起子の応答は、モット密度以上でも表れ、かつ1s-2p遷移エネルギよが変化しないことから、Siで見出された励起子の頑強さは、GaAsにも共通する普遍的なものである可能性を示唆する結果である。このように本年度は、励起子モット転移を詳細に調べ、量子凝縮相実現のために、有益な情報を得ることができた。

为了实现间接过渡型半导体中的量子凝结相，今年，我们大力研究了在相对较高温度下发生的激子莫特过渡，并成功地实现了某些结果。通过定量确定每个组件的密度和散射概率，以及在过渡密度附近的自由载体的强相关性，以及在纵向波浪谐振模式下的激子和等离子群的偶联，通过定量确定每个组件的密度和散射概率以及在纵向波谐振模式下的耦合来检查间接转化类型半导体SI的激子Mott转变。此外，通过确定较宽的温度和密度区域的电离速率，确定了SI中的激子Mott交叉区域的相图。从电离速率的行为来看，发现在高温区域中，根据热力学稳定性确定激子和游离载体的比例，遵循SABA方程，半定量。另一方面，在低温区域中，屏蔽效果变得显而易见，并且激发密度的增加而分离，并且随着温度达到温度越低的温度，电离速率急剧增加。这被认为是一种可能的结果，表明在较低温度下预测的原发转移前体的可能性。在对直接转变GAA的激子莫特过渡的研究中，波形塑形技术的发展使激发激发产生了激发。尽管激发激励下的行为是短暂的，但激子的响应非常不稳定，并且仅观察到5 ps后解离的行为。但是，由于激子的响应以Mott密度或高于Mott密度和1S-2P过渡能量不变，因此该结果表明SI中发现的激子的鲁棒性可能是GAAS也是GAAS共有的普遍性。因此，今年，我们能够详细研究激子莫特过渡，并获得了实现量子冷凝阶段的有用信息。