1999 Fiscal Year Annual Research Report
光で駆動された高密度励起子系での多体効果と協力現象
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11215206
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
相原 正樹 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (70091163)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲垣 剛 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助手 (10253139)
高橋 聡 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教授 (80212009)
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| Keywords | 励起子 / ボーズ凝縮 / 非線形光学 / コヒーレンス / シュレディンガー方程式 |
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| Research Abstract |
十分低温における半導体中の励起子多体系は、励起子ボーア半径aが平均粒子間距離rより十分に小さい場合、即ち比較的粒子数密度が低い場合には励起子のボーズ凝縮状態をとり、逆にaがrより大きい高密度の場合には電子正孔BCS状態をとる。前者はヘリウムIIの超流動状態と類似の巨視的量子状態、また後者の場合はBCS超伝導状態と類似の巨視的量子状態をとる。両者の間のクロスオーバは、高温超伝導の機構とも関連して大変興味深い問題であり、本研究によって始めてその様相が明らかにされた。2体のグリーン関数が満たすBeth-Salpeter方程式を、一般化された乱雑位相近似により巨視的量子状態の存在を考慮に入れて数値的に解くことにより、ルミネッセンススペクトル形状の密度依存性を得た。即ち、比較的低密度で見られる励起子発光及び励起子間相互作用によるPおよびP_2発光線は、高密度になるに従い、BCSギャップ端での異常発光スペクトルに連続的に移行することが示された。また、ポンプ・プローブスペクトルの計算も行い、ポンプ光により電子正孔BCSギャップが大きく開き、その低エネルギー端で鋭い誘導放出が生ずる事が示された。通常電子正孔BCSギャップはエネルギーバンドの異方性などによりつぶれて観測されていないが、強いコヒーレント光による共鳴励起により、BCSギャップを実験的に観測し得る事を示唆する興味深い結果である。また、BCSギャップを直接観測する為には、赤外(あるいはテラヘルツ光)プローブ光に用いるのが有効であり、そのポンプ・プローブスペクトルの解析も行った。
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