亜酸化銅結晶におけるパラ励起子の空間拡散と超流動

• Project/Area Number: 12640305
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 後藤 武生 東北大, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10004342)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 申 猛燕 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20270803)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2001: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2000: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
• Keywords: 亜酸化銅 / パラ励起子 / 空間拡散 / 超流動

Research Abstract

亜酸化銅結晶の励起子のボーズ・アインシュタイン凝縮の実験的証拠として、超流動状態になっているときの弾道的励起子伝播を示すことを目的として研究を進めた。
2種類の結晶を用いた。1つは銅板を減圧高純度酸素中で約1000℃に加熱して酸化させ、急冷することによりCuOを含まない厚さ0.2mmぐらいの板状晶を作製した。もう1つはザイール産天然結晶を表面研磨して板状形にしたものである。
次に結晶の片面にのみ励起子のトラップを作るため、10^<-9>Torrの高真空中でCdを加熱蒸発させ、結晶の表面にCdを蒸着させた。試料を真空に保ったまま、Cd蒸着面に10Hz、7ナノ秒YAGレーザの第2高調波を5分間照射して片面に励起子トラップを作ることを試みた。
次に、77Kでアルゴンレーザーからの514.5nmの光を励起源として発光スペクトルを測定すると、トラップの存在面は発光強度が著しく弱くなることが分かった。そこでトラップの存在面と非存在面に分けて裏面にアルゴンレーザーの光を照射し、発光スペクトルを測定した。700nmにみられる不純物発光は4.2Kではトラップの存在面から観測した方が立ち上がり時間も減衰時間も数ナノ秒遅くなるが、77Kではそのような現象はみられなかった。
このような現象は励起子のボーズ・アインシュタイン凝縮による超流動現象をみている可能性もあり、今後は温度や励起光強度依存などの精密な実験を行い、定量的実験を進めていく予定である。