QUANTUM COOPERATIVE PHENOMENA AND DYNAMICAL RESPONSES IN PHOTOEXCITED SEMICONDUCTORS

• Project/Area Number: 19840031
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: OHASHI Takuma Osaka University, 大学院・学研究科, 助教 (20452419)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,105,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥405,000); Fiscal Year 2008: ¥1,755,000 (Direct Cost: ¥1,350,000、Indirect Cost: ¥405,000); Fiscal Year 2007: ¥1,350,000 (Direct Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 物性理論 / 半導体物性 / 光物性 / 強相関電子系 / 高性能レーザー

Research Abstract

半導体の光励起状態(電子-正孔系)における金属-絶縁体転移(励起子モット転移)や量子凝縮転移を理解することは、レーザー発振への応用や光超放射の実現に向けた第一歩として重要であるうえ、基礎物理学としても非常に興味深い。しかし、このような相転移現象を理論的に正しく記述するためには多体相関効果を適切に取り扱う必要がある。本研究では、動的平均場理論(DMFT)を拡張した方法により、この系の励起子モット転移および量子凝縮転移を理論的に研究した。電子-正孔系における励起子モット転移を調べるために、長距離クーロン相互作用の効果を取り入れたDMFTの構築を行った。特に、電子間・正孔間の斥力相互作用と電子-正孔間の引力相互作用が異なっている場合、励起子モット転移に劇的な変化が現れることを明らかにした。斥力と引力相互作用が等しい場合、短距離相互作用を仮定した場合と比べて、励起子モットに大きな違いが現れないが、斥力が引力より少しでも大きい場合、励起子の密度波揺らぎが劇的に大きくなる。この密度波の揺らぎにより系は金属的状態から絶縁体的状態へと一気に変化することがわかった。更に、光学応答を正確に計算する手法を開発した。DMFTの枠内で厳密なバーテックス補正を取り入れる理論を構築し、Non-Crossing近似を用いて具体的な計算を実行した。光学応答に対する2粒子グリーン関数は、空間的に一様で静的な部分を抜き出すと、凝縮転移に対する秩序変数の揺らぎを表すため、これを調べることにより、凝縮転移温度も決定した。光学スペクトルを計算した結果、低温の凝縮転移温度付近において、鋭いピークが現れ、励起子効果が急激に増強されることを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Exciton Mott transition and pair condensation in the electron-hole system (2009)
  • Author(s): T. Ohashi, T. Ueda, K. Asano and T
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Vol.148
• [Journal Article] Exciton Mott transition in electron-hole systems : Dynamical mean-field theory for the continuous-space model (2009)
  • Author(s): T. Ueda, T. Ohashi, K. Asano and T. Ogawa
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Vol.148
• [Journal Article] Strongly Correlated Electrons on Frustrated Lattices (2009)
  • Author(s): H. Tsunetsugu, K. Hattori, T. Ohashi, N. Kawakami, and T. Momoi
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Vol.145
• [Journal Article] Exciton Mott transition and pair condensation in the electron-hole system (2009)
  • Author(s): T. Ohashi, T. Ueda, K. Asano, T. Ogawa
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series 148
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exciton Mott transition in electron-hole systems : Dynamical mean-field theory for the continuous-space model (2009)
  • Author(s): T. Ueda, T. Ohashi, K. Asano, T. Ogawa
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series 148
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strongly Correlated Electrons on Frustrated Lattices (2009)
  • Author(s): H. Tsunetsugu, K. Hattori, T. Ohashi, N. Kawakami, T. Momoi
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series 145
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Finite-Temperature Mott Transition in Two-Dimensional Frustrated Hubbard Models (2008)
  • Author(s): T. Ohashi, T. Momoi, H. Tsunetsugu, and N. Kawakami
  • Journal Title: Progress of Theoretical Physics Suppliment No.176 Pages: 97-116
  • NAID: 110007081253
• [Journal Article] Effects of inter-site interaction on the exciton Mott transition in the extended attractive Hubbard model (2008)
  • Author(s): T. Ohashi, Y. Tomio, T. Ogawa
  • Journal Title: Physica Status Solidi (b) 245 Pages: 2725-2728
• [Journal Article] Finite-Temperature Mott Transition in Two-Dimensional Frustrated Hubbard Models (2008)
  • Author(s): T. Ohashi, T. Momoi, H. Tsunetsusu, N. Kawakami
  • Journal Title: Progress of Theoretical Physics Supplement 176 Pages: 97-116
  • NAID: 110007081253
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of inter-site interaction on the exciton Mott transition in the extended attractive Hubbard model (2008)
  • Author(s): T. Ohashi, Y. Tomio, T. Ogawa
  • Journal Title: Physica status Solidi (b) 245 Pages: 2725-2728
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-orbital Kondo effect in single quantum dot system with plural electrons (2008)
  • Author(s): T. Kita, R. Sakano, T. Ohashi, S. Suga
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan 77
  • NAID: 110006933492
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatial fluctuations of spin and orbital in two-orbital Hubbard model : cluster dynamical mean field study
  • Author(s): T. Kita, T. Ohashi and S. Suga
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Vol. 150
• [Presentation] 二軌道ハバード模型における非局所的スピン・軌道揺らぎの効果 (2009)
  • Author(s): 北倫子、大橋琢磨、菅誠一郎
  • Organizer: 日本物理学会2009年年次大会
  • Place of Presentation: 立教大学
• [Presentation] 連続模型に対する動的平均場理論を用いた電子-正孔系の解析 (2009)
  • Author(s): 上田倫也、大橋琢磨、浅野建一、小川哲生
  • Organizer: 日本物理学会2009年年次大会
  • Place of Presentation: 立教大学
• [Presentation] Exciton Mott transition and pair condensation in the electron-hole system (2008)
  • Author(s): 大橋琢磨、上田倫也、浅野建一、小川哲生
  • Organizer: The 3rd International Conference on Photo-Induced Phase Transitions and Cooperative Phenomena
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] patial Fluctuations of Spin and Orbital in Two-Orbital Hubbard Model : Cluster Dynamical Mean Field Study (2008)
  • Author(s): 北倫子、大橋琢磨、菅誠一郎
  • Organizer: The 25rd International Conference on Low Temperature Physics
  • Place of Presentation: アムステルダム(オランダ)
• [Presentation] Effects of long-range Coulomb interaction on the exciton Mott transition (2008)
  • Author(s): 大橋琢磨、冨尾祐、小川哲生
  • Organizer: 8th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] 電子-正孔系における光学応答と凝縮転移の動的平均場理論 (2008)
  • Author(s): 大橋琢磨、上田倫也、浅野建一、小川哲生
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学
• [Presentation] 連続空間動的平均場理論による電子-正孔系の解析 (2008)
  • Author(s): 上田倫也、大橋琢磨、浅野建一、小川哲生
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学
• [Presentation] 二軌道ハバード模型における軌道フラストレーションと非局所揺らぎの効果 (2008)
  • Author(s): 北倫子、大橋琢磨、菅誠一郎
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学
• [Presentation] 低次元半導体の光学応答におけるフェルミ端特異性の効果 (2008)
  • Author(s): 中田喜之、小川哲生、高際睦起、浅野健一、大橋琢磨
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学
• [Presentation] 電子-正孔系に対する拡張動的平均場理論 (2008)
  • Author(s): 大橋琢磨、冨尾祐、小川哲生
  • Organizer: 日本物理学会2008年年次大会
  • Place of Presentation: 近畿大学
• [Presentation] 二軌道ハバード模型のモット転移に対する非局所的スピン・軌道揺らぎの効II (2008)
  • Author(s): 北倫子、大橋琢磨、菅誠一郎
  • Organizer: 日本物理学会2008年年次大会
  • Place of Presentation: 近畿大学
• [Presentation] フラストレート系モット転移のセル型動的平均場理論による解析 (2008)
  • Author(s): 上田倫也、大橋琢磨、川上則雄
  • Organizer: 日本物理学会2008年年次大会
  • Place of Presentation: 近畿大学
• [Presentation] クラスター摂動法を用いた1次元電子-正孔系の解析 (2008)
  • Author(s): 西田拓人、浅野建一、冨尾祐、大橋琢磨、小川哲生
  • Organizer: 日本物理学会2008年年次大会
  • Place of Presentation: 近畿大学
• [Presentation] Exciton Mott transition In electron-hole systems : Dynamical mean-field theory for the continuous-space model (2008)
  • Author(s): 上田倫也, 大橋琢磨, 浅野建一, 小川哲生
  • Organizer: The 3rd International Conference on Photo-Induced Phase Transitions and Cooperative Phenomena
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] Spatial Fluctuations of Spin and Orbital in Two-Orbital Hubbard Model : Cluster Dynamical Mean Field study (2008)
  • Author(s): 北倫子, 大橋琢磨, 菅誠一郎
  • Organizer: The 25rd International Conference on Low Temperature Physics
  • Place of Presentation: アムステルダム(オランダ)
• [Presentation] Effects of long-range Coulomb Interaction on the exciton Motttransition (2008)
  • Author(s): 大橋琢磨, 冨尾祐, 小川哲生
  • Organizer: 8th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] 励起子モット転移における長距離クーロンカの効果:拡張動的平均場理論による研究 (2007)
  • Author(s): 大橋 琢磨
  • Organizer: 日本物理学会2007年年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2007-09-21
• [Presentation] Mott transition and magnetism in the Hubbard model on the anisotropic triangular lattice (2007)
  • Author(s): 大橋琢磨、桃井勉、川上則雄、常次宏一
  • Organizer: International Symposium on Physics of New Quantum Phases in Superclean Materials
  • Place of Presentation: 岐阜
• [Presentation] 励起子モット転移における長距離クーロン力の効果 : 拡張動的平均場理論による研究 (2007)
  • Author(s): 大橋琢磨、冨尾祐、小川哲生
  • Organizer: 日本物理学会2007年年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] フラストレートした強磁性体におけるボンドネマティック状態 : Schwingerボゾン平均場理論 (2007)
  • Author(s): 大橋琢磨、桃井勉
  • Organizer: 日本物理学会2007年年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] 二軌道ハバード模型のモット転移に対する非局所的スピン・軌道揺らぎの効果 (2007)
  • Author(s): 北倫子、大橋琢磨、菅誠一郎
  • Organizer: 日本物理学会2007年年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] 有限温度モット転移の拡張動的平均場理論による解析 (2007)
  • Author(s): 上田倫也、大橋琢磨、川上則雄
  • Organizer: 日本物理学会2007年年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] クラスター摂動法を用いた電子-正孔系の解析 (2007)
  • Author(s): 西田拓人、浅野建一、冨尾祐、大橋琢磨、小川哲生
  • Organizer: 日本物理学会2007年年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] Exciton Mott transition in electron-hole systems : Dynamical mean-field theory for the continuous-space model
  • Author(s): 上田倫也、大橋琢磨、浅野建一、小川哲生
  • Organizer: The 3rd International Conference on Photo-Induced Phase Transitions and Cooperative Phenomena
  • Place of Presentation: 大阪