THzフォノン・メ-ザ実現のための半導体超格子を用いたフォノン共振器の設計

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650001
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 田村 信一朗 北海道大学, 工学部, 助教授 (80109488)
• Keywords: THz / フォノン / 超格子 / 共鳴透過

Research Abstract

本研究の目的は半導体超格子より高周波THzーフォノンの共振器を実現させることにある。研究初年度においては次のような成果を得た。
まず,二種類の周期超格子A,Bを重ね合せてABA超格子系を考察した。周期超格子にはフォノンを透過させない周波数域(フォノン・ストップバンド)が存在し,フォノン・フィルタ-作用を呈する。従ってA超格子のストップバンド中に周波数をもつフォノンは本来このABA系を透過できないはずである。しかし,もしそのバンド中にB超格子での共鳴条件を満たす周波数が存在していると,対応する周波数のフォノンはこの系をほぼ100%の確率で透過し得ると考えられる。この予想が実際に実現していることをGaAs/AlAs超格子系を例にとって数値的に示した。(特に項目11の第1論文)さらに,この共鳴透過の物理的な起源を明らかにするめに,有限な周期数をもつABA構造におけるフォノンの透過率を転送行列法を用いて解析的に求めた。その結果,フォノンの共鳴透過はB超格子を単一の半導体層で置きかえた場合にも生じることが判明した。ついでにA超格子のストップバンド中に現れる透過率の共鳴ピ-クの数についても新たな知見が得られた。より具体的には,グリ-ン関数法を用いた解析により,共鳴ピ-クが生じる周波数は,単一量子井戸中の電子の離散的なエネルギ-に対応していることが明らかとなった。また興味深いことは,共鳴条件をみた周波数のフォノンを外部からABA系に入射させると,B物質中のフォノンの振幅が極めて増大していることである。この事実は他の周波 数ではフォノンの振幅が著しく減少していることと,全く異る振舞いである。(以上,項目11の第3,第6論文) 研究最終年度には,以上の成果を踏まえた研究の展開を目指す。

Research Products

• [Publications] S.Tamura: "Resonant Transmission of Acoustic Phonons in Multisusuperlattice Structures" Physical Review B. 43. 12646-12649 (1991)
• [Publications] S.Tamura.,J.A.Shields.,J.P.Wolfe: "Lattice Dynamics and Elastic Phonon Scattering in Silicon" Physical Review B. 44. 3001-3011 (1991)
• [Publications] S.Mizuno.,S.Tamura: "Theory of AcousticーPhonon Transmission in FiniteーSize Superlattice Systems" Physical Review B. 45. 734-741 (1992)
• [Publications] H.J.Maris.,S.Tamura: "Anharmonic Decay and the Propagation of Phonons in an Isotopically Pure Crystal at Low Temperatures" Physical Review B.
• [Publications] M.T.Ramsbey.,S.Tamura.,J.P.Wolfe: "Mode Selctive Scattering of Phonons in SemiーInsulating GaAs" Physical Review B.
• [Publications] S.Mizuno.,S.Tamura: "Impurity Levels and Resonant Transmission of Acoustic Phonons in a Double Barrier System" Physical Review B.