2002 Fiscal Year Annual Research Report
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
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12450140
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097)
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| 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)
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| Keywords | テラヘルツ電磁波 / フェムト秒レーザー / フェムト秒分光 / 超格子 / ブロッホ振動 / 非平衡伝導 / トンネル効果 |
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| 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THz分光法により,半導体中の電子の超高速運動が放出するTHz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。本年度の主な成果は、以下の通りである。
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た。特に、(1)時間分解THz分光法により測定されるTHz放射スペクトルが、電子系の伝導率スペクトルに等しいということを見出し、従来不可能であった高電界下にある電子系のTHz領域にまで及ぶ超高周波伝導率を測定する新しい手法を提案した。(2)散乱が適度にある現実の超格子では、散乱を介した2次の光学遷移により、ブロッホ周波数以下で電磁波に対する利得が、またブロッホ周波数以上では損失がおこるという理論予測を実験的に検証するために、超格子中の電子の伝導度理論と放射されたTHz電磁波スペクトルを比較することにより、適度に散乱がある現実の超格子は、無反転分布条件でも、電磁波に対する利得を持っていることをほぼ実験的に証明できた。(3)超格子における利得の高周波限界が、電子が基底ミニバンドから高次ミニパンドへジーナートンネルすることにより制限されることが明らかになった。
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[Publications] Y.Shimada, K.Hirakawa, M.Odnoblioudov, K.A.Chao: "Terahertz conductivity and possible Bloch gain in semiconductor superlattices"Physical Review Letters. Vol.90,No.4. 46806-46809 (2003)
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[Publications] S.Madhavi, M.Abe, Y.Shimada, K.Hirakawa: "Non-equilibrium electron transport in wide miniband GaAs/AlGaAs superlattices at room temperature"Physical Review B. Vol.65,No.19. 193308-193311 (2002)
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[Publications] Y.Shimada, K.Hirakawa, S.-W.Lee: "Time-resolved terahertz emission spectroscopy of wide miniband GaAs/AlGaAs superlattices"Applied Physics Letters. Vol.81,No.9. 1642-1644 (2002)
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[Publications] Y.Shimada, K.Hirakawa: "Time-resolved THz spectroscopy of miniband transport in biased GaAs/AlGaAs superlattices"Inst. Phys. Conf. Ser.. No.170:Chapter 6. 395-400 (2002)
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[Publications] M.Abe, S.Madhavi, Y.Shimada, Y.Otsuka, K.: "Transient carrier velocities in bulk GaAs : quantitative comparison between terahertz data and emsemble Monte Carlo calculations"Applied Physics Letters. Vol.81,No.4. 679-681 (2002)
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[Publications] K.Hirakawa, S.-W.Lee, Ph.Lelong, S.Fujimoto, K.: "High-sensitivity modulation-doped quantum dot infrared photodetectors (invited)"Microelectronic Engineering. Vol.63. 185-192 (2002)
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[Publications] S.-W.Lee, K.Hirakawa: "Lifetime of photoexcited carriers in modulation-doped quantum dot infrared photodetectors"Physica E. Vol.13. 305-308 (2002)
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[Publications] O.Astafiev, S.Komiyama, T.Kutsuwa, V.Antonov, Y.: "Single photon detector in the microwave range"Applied Physics Letters. Vol.80, No.22. 4250-4252 (2002)
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[Publications] Y.Kawaguchi, K.Hirakawa, M.Saeki, K.Yamanaka, S.: "Performance of high-sensitivity quantum Hall far infrared photodetectors"Applied Physics Letters. Vol.80, No.1. 136-138 (2002)
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[Publications] Y.Kawaguchi, K.Hirakawa, S.Komiyama: "High-sensitivity quantum Hall far-infrared photodetector integrated with log-periodic antenna"Applied Physics Letters. Vo.80,No.18. 3418-3420 (2002)
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[Publications] K.Hirakawa, S.Katsumoto, T.Hayashi, Y.Hashimoto, Y.: "Double-exchnage-like interaction in Ga_<1-x>Mn_xAs investigated by infrared absorption spectroscopy"Physical Review B. Vol.65. 193312-193315 (2002)
