テラヘルツ放射をプローブとした10フェムト秒領域におけるキャリアダイナミクスの研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450140
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10183097)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638) ; 榊 裕之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226) ; 島田 洋蔵 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (10292749)
• Keywords: テラヘルツ / フェムト秒レーザ / 超格子 / ブロッホ振動 / 速度オーバーシュート / 非定常伝導 / ポンプ・プローブ法 / 電気光学効果

Research Abstract

サブピコ秒の時間スケールで高速に運動する電子は、その速度の微分に比例する電磁波を放出し、その周波数はテラヘルツ(THz)領域にある。そこで、フェムト秒レーザパルスを用いた時間分解テラヘルツ分光法により,半導体中の電子の超高速運動が放出するテラヘルツ電磁波を実時間領域で検出することにより,電子のダイナミックな伝導現象を解明することが本研究の目的である。
本年度は、(1)ZnTeやGaPなどの電気光学結晶を用いることにより、テラヘルツ電磁波の振幅と位相を検出できるシステム(自由空間E0サンプリング法)を構築した。また、おおよそ10テラヘルツの広帯域を達成した。(2)電気光学結晶を用いた広帯域テラヘルツ電磁波検出系を用いて、半導体空乏層を伝導する電子が放出するテラヘルツ電磁波を検出することにより、電子の過渡速度を実験的に決定するとともに、モンテカルロ計算との比較を行った。(3)半導体超格子中のミニバンドを伝導する電子が放出するテラヘルツ電磁波を実時間領域で検出することにより,超格子中のダイナミクス、およびブロッホ振動を用いたテラヘルツ電磁波の発生・増幅・検出の可能性について探索を行っている。特に、(a)電子の散乱による通常のバンド伝導から、ブロッホ振動を伴う伝導への移行の様子を明らかにした。(b)従来、ブロッホ振動が起きないと思われていた、光学フォノンエネルギーよりも広いミニバンド幅を有する超格子においても室温でブロッホ振動する様子を確認した。

Research Products

• [Publications] K.Hirakawa,K.Yamanaka,M.Endo,and S.Komiyama: "Far-infrared photoresponse of the magnetoresistance of the twodimensional electron systems in the integer quantized Hall regime"Physical Review B. 63・8. 85320-85324 (2001)
• [Publications] Ph.Lelong,K.Hirakawa,K.Hirotani,S.-W.Lee,and H.Sakaki: "Fano profiles in bound-to-continuum intersubband transitions in negatively charged InAs quantum dots"Proceedings of the 25th International Conference on the Physics of Semiconductors. (印刷中).
• [Publications] Y.Shimada,T.Matsuno,and K.Hirakawa: "THz Emission due to Miniband Transport in GaAs/AlGaAs Superlattices"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [Publications] K.Hirakawa,A.Oiwa,and H.Munekata: "Infrared optical conductivity of In_<1-x>Mn_xAs"Physica E. (印刷中).
• [Publications] Y.Kawano,S.Komiyama,and K.Hirakawa: "Suppression of electron-hole-pair recombination in edge states in quantum Hall regimes"Physica E. (印刷中).
• [Publications] S.Katsumoto,T.Hayashi,Y.Hashimoto,Y.Iye,Y.Ishiwata,M.Watanabe,R.Eguchi,T.Takeuchi,Y.Harada,S.Shin,and K.Hirakawa: "Magnetism and metal-insulator transition in III-V based diluted magnetic semiconductors"Journal of Materials Science and Engineering B. (印刷中).
• [Publications] Ph.Lelong,S.-W.Lee,K.Hirakawa,and H.Sakaki: "Fano profile in intersubband transitions in InAs quantum dots"Physica E. 7. 174-178 (2000)
• [Publications] S.-W.Lee,K.Hirakawa,and Y.Shimada: "Modulation-doped quantum dot infrared photodetectors using self-assembled InAs quantum dots"Physica E. 7. 499-502 (2000)
• [Publications] S.-W.Lee,K.Hirakawa,and Y.Shimada: "Mid-Infrared Photodetector Using Self-Assembled InAs Quantum Dots Embedded In Modulation Doped GaAs Quantum Wells"MRS Symposia Proceedings, Infrared Applications of Semiconductors II. 607. 147-152 (2000)