2015 Fiscal Year Annual Research Report
励起子および励起子ポラリトン系における流入と流出のある凝縮体の非平衡強結合効果
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15J02513
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
花井 亮 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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2015-04-24 – 2017-03-31
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| Keywords | 励起子凝縮 / 非平衡 / 不安定化 / 強結合効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、励起子系および、励起子ポラリトン系で重要となる電子・ホール間の強い引力相互作用と、対消滅や光子の共振器からの漏れなどによる粒子の流出による非平衡効果を同時に取り込んだ理論の構築である。今年度は、BCS-Leggettの強結合理論をKeldysh形式に拡張することで、凝縮相における電子・ホールの対生成・対消滅による流入と流出の効果を加味した理論を構築した。この理論の枠組みで定常状態における凝縮オーダーパラメータおよび、1粒子励起スペクトル強度の数値解析を行った。その結果、電子・ホールの流入・流出がもたらす非平衡性によりクーパー対が破壊されていき、電子・ホールの流出率がある値を超えると凝縮相が常流動相へと2次相転移することを明らかにした。
さらにGeneralized random phase approximation (GRPA)の枠組みを用いることで、この非平衡な凝縮体の集団励起構造および、安定性の解析を行った。電子・ホールの流出率を大きくしていくことで非平衡性を誘起すると、凝縮体の南部・Goldstoneモードの音速が著しく抑制されることを見出し、非平衡性の強度が臨界値に達すると、音速がゼロとなり、一様な凝縮体に不安定化が生じることを明らかにした。詳細に解析した結果、この不安定化は上述の非平衡性がもたらす対破壊効果により励起された準粒子と、凝縮体の「音波」である南部・Goldstoneモードが結合することであることを見出した。特に強結合領域では、通常斥力である励起子間相互作用が、対解離した電子・ホールの影響で実効的に引力に切り替わることによる現象であることを突き止めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の研究計画であった、非平衡定常状態下の励起子系の強結合効果をKeldysh形式の自己無撞着T行列理論の枠組みで取り込むには至らなかったが、凝縮相における定常状態の平均場解と、そのまわりの揺らぎの解析を行う理論を作り上げることに成功した。この理論により導かれた、非平衡性が集団励起構造に著しく変化を及ぼし系の不安定化をもたらすという結論は、この系に対する強結合効果が非平衡性により大きく影響されることを強く示唆する結果である。
以上より、研究はおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、励起子系に対し現状の理論を拡張し、自己無撞着T行列理論の枠組みで強結合効果を取り込んだ解析を行う。さらに光子と電子・ホールとの結合の効果を加えたモデルに対し同様の解析を行うことで、励起子ポラリトン系における励起子ポラリトン凝縮から半導体レーザーへのクロスオーバー現象に対する非平衡強結合効果を明らかにする。
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