Manipulations of steady-state excitons based on material design and ground-state observation

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本研究課題の目的は、これまで主に半導体等に光照射を行うことによって生成される過渡的な粒子であると考えられてきた励起子が、「励起子絶縁体」と呼ばれる物質内においては、自発的に生成される（定常励起子）という近年の発見に基づき、それら定常励起子の性質を明らかにするとともに、物質設計の観点からその性質の制御を行うことである。初年度である２０２２年度においては、研究環境の整備を行うとともに、放射光施設を利用した角度分光電子分光実験を行うことにより主に物質内の元素組成比の制御による電子構造および定常励起子の性質変化を評価するための実験データを収集した。これらのデータおよび、これまでの研究で得られた類似物質系の電子構造データを合わせて解析することにより、定常励起子が存在する温度領域で、励起子生成の原動力となる電子相関（励起子を形作る二つの粒子（電子と正孔）の接着剤の役割を果たす力）が変化するであろうことが明らかになった。この実験結果及び研究成果は応用物理学会学術講演会（２０２３年３月）の講演において発表しており、講演後の質疑においては、励起子生成における「接着剤」の役割を果たす電子相関の詳細に関する議論を行い、活発な意見交換を行うことができた。今回の研究成果は本研究課題における励起子制御に関して、温度及び原子組成比による励起子の性質制御が可能であろうことを示唆する結果であり、今後、励起子を利用した応用研究（太陽光発電、励起子レーザー、発光素子など）への波及も期待される。