サイクロトロン共鳴法を用いた光キャリアダイナミクスの研究

• Project Area: Optical science of dynamically correlated electrons in semiconductors
• Project/Area Number: 23104720
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Wakayama University
• Principal Investigator: 秋元 郁子 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (00314055)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2012: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2011: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 高密度励起 / 励起子 / 光キャリア / サイクロトロン共鳴 / 電子・電気材料 / 光物性

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、時間分解サイクロトロン共鳴法（CR法）を用い、半導体材料の光キャリアのダイナミクス情報を取得し、光キャリアが関わる光物性を明らかにすることを目的とした。研究の結果、（１）亜酸化銅結晶で、プラズマ遮蔽効果からキャリア密度を算出できること、キャリア閾密度1012 cm-3程度でマグネトプラズマ共鳴からサイクロトロン共鳴へシフトすること、また、キャリアの散乱過程がキャリア-励起子散乱から音響フォノンによる散乱へ推移すること、が明らかになった。さらに、時間応答の立ち上がり時間の励起波長依存性から、励起子二体衝突による光キャリア生成のAuger係数を10-17 cm3/nsと見積もった。以上の結果から、光励起直後の励起子高密度状態の結晶内の様子を、共存する光キャリアの側面から明らかにすることができた。また、（２）高品位ダイヤモンド結晶で、CRスペクトルの角度依存性を観測し、電子の横・縦有効質量と軽い・重い正孔の有効質量を1.0~2.4%の精度で導出することができた。過去の理論計算との比較から、ダイヤモンドのエネルギーバンド計算においてもスピン軌道相互作用を取り入れることが重要であることが分かった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Temporal shift from magnetoplasma resonance to cyclotron resonance of photo-carriers generated from 1s-exciton in cuprous oxide crystal (2012)
  • Author(s): I. Akimoto
  • Journal Title: Eur. Phys. J. B Volume: 85 Issue: 11 Pages: 374-374
  • DOI: 10.1140/epjb/e2012-30618-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-resolved cyclotron resonance in Cu_2O (2012)
  • Author(s): Nobuko Naka, Ikuko Akimoto, Masanobu Shirai, Ken-ich Kan'no
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 85 Issue: 3
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.035209
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Nanosecond cyclotron resonance in ultrapure diamond (2013)
  • Author(s): Nobuko Naka, Katsuyuki Fukai, Yushi Handa, and Ikuko Akimoto
  • Organizer: DPC2013
  • Place of Presentation: Fuzhou, China
  • Year and Date: 2013-08-04
• [Presentation] ダイヤモンド結晶におけるキャリア有効質量の実測 (2013)
  • Author(s): 秋元郁子，深井克行，半田裕之，中暢子
  • Organizer: 日本物理学会 第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] ダイヤモンド結晶における光キャリアのサイクロトロン共鳴 (2013)
  • Author(s): 深井克行，半田裕之，秋元郁子，中暢子
  • Organizer: 日本物理学会 第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] サイクロトロン共鳴法を用いた光キャリアダイナミクスの研究 (2012)
  • Author(s): 秋元郁子
  • Organizer: 第7回DYCEシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学浅野キャンパス
  • Year and Date: 2012-12-26
• [Presentation] Free-carrier generation by two-photon resonant excitation to the excitonic states in cuprous oxide (2012)
  • Author(s): Nobuko Naka, I. Akimoto, Masanobu Shirai
  • Organizer: NOEKS2012
  • Place of Presentation: University of Stuttgart, Germany
  • Year and Date: 2012-09-25
• [Presentation] Free-carrier generation by excitonic collisions studied by time-resolved cyclotron resonance in cuprous oxide (Cu2O) (2012)
  • Author(s): N. Naka1, I. Akimoto, S. Torai, and M. Shirai
  • Organizer: ICPS2012
  • Place of Presentation: Zurich, Switzerland.
  • Year and Date: 2012-07-30
• [Presentation] ime Resolved Cyclotron Resonance Measurement of Photo-Carriers in Semiconductor by EPR Equipment (2012)
  • Author(s): I. Akimoto, N. Naka and M. Shirai
  • Organizer: 2nd. ISESS
  • Place of Presentation: Matsushima, Japan
  • Year and Date: 2012-07-23
• [Presentation] Temporal shift from magnetoplasma resonance to cyclotron resonance of photo carriers generated from 1s-exciton on cuprous oxide crystal (2012)
  • Author(s): I. Akimoto, S.Torai, N. Naka and M. Shirai
  • Organizer: EXCON2012
  • Place of Presentation: Groningen, the Netherlands
  • Year and Date: 2012-07-03
• [Presentation] 亜酸化銅の励起子生成に伴う自由キャリア発生 (2012)
  • Author(s): 中暢子, 虎井真司, 秋元郁子, 白井正伸
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] 亜酸化銅結晶の時間分解サイクロトロン共鳴II-サイクロトロン質量の結晶軸依存性- (2011)
  • Author(s): 虎井真司, 秋元郁子, 中暢子, 白井正伸
  • Organizer: 第22回光物性研究会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2011-12-10
• [Presentation] 時間分解ESR装置における光励起後早い時間の信号解析-光キャリアのサイクロトロン共鳴観測から- (2011)
  • Author(s): 秋元郁子, 中暢子, 白井正伸
  • Organizer: 第50回電子スピンサイエンス学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2011-11-18
• [Presentation] 時間分解ESR装置を用いた光キャリアのサイクロトロン共鳴観測 (2011)
  • Author(s): 秋元郁子, 中暢子, 白井正伸
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Remarks] 光機能・ナノ材料グループホームページ
  • URL: http://portal.sys.wakayama-u.ac.jp/mc/photon/
• [Remarks]
  • URL: http://www.sys.wakayama-u.ac.jp/mc/photon/