2016 Fiscal Year Research-status Report
遷移金属カルコゲナイド層状物質における励起子光学応答の理論的研究
| Project/Area Number |
16K05391
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
鈴浦 秀勝 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10282683)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | ディラック電子系 / 光吸収 / 励起子 / 動的遮蔽 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
直接遷移型半導体となる単層遷移金属ダイカルコゲナイドにおける励起子束縛に対する動的遮蔽効果を調べるために，電子・正孔間のクーロン引力に対する誘電遮蔽を取り入れた，励起子束縛エネルギーを簡便に計算する理論手法を開発した．動的遮蔽効果を考慮した誘電関数は，その表式に励起子束縛エネルギーを含むため，励起子状態を定めるシュレディンガー方程式は自己無撞着に励起子束縛エネルギーを定める非線形固有値問題となり，膨大な計算量を必要とすることが知られていた．本研究では，光吸収スペクトルを表す動的電気伝導率を，線形応答理論に基づく，久保公式のダイアグラム展開によりある種の図形を足し合わせた結果により計算すると，上述したシュレディンガー方程式による結果と同等の励起子束縛エネルギーを，非線形固有値問題を回避して，求められることを明らかにした．
スピン軌道相互作用を無視した縮退のない価電子帯と伝導帯を有効質量近似により記述した２次元電子正孔対状態に対して，本研究で開発した手法を適用し，線形吸収スペクトルを計算することにより，動的遮蔽効果を取り入れた励起子束縛エネルギーを計算した．単一モード共鳴型誘電分散を示す誘電関数による遮蔽を考えると，その共鳴エネルギーに関して束縛エネルギーは単調に減少することが示された．
遷移金属ダイカルコゲナイドにおける励起子束縛に対する不純物散乱効果を評価するために，同じく，スピン軌道相互作用が重要となるディラック電子系を有する２次元ラシュバ模型に対して，不純物散乱効果を考慮した久保公式に基づく応答関数を計算する手法を開発し，電気伝導率と帯磁率を計算した．清浄系に見られるバンド交叉点における特異性が不純物散乱を考慮しても観測し得ることを明らかにした．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，非線形固有値問題を回避して，動的遮蔽効果を取り入れた励起子束縛エネルギーを計算する手法を確立し，共鳴型誘電分散による遮蔽効果に対する計算結果を得た．さらに，ディラック電子系における励起子束縛に対する不純物散乱効果を議論するための基礎となる計算手法の開発も行い，順調に進展している．
|
| Strategy for Future Research Activity |
動的遮蔽を考慮した励起子束縛エネルギーの計算法を確立したことから，より現実的な誘電関数に対する依存性を評価する．さらに，ディラック電子系に特徴的な２成分波動関数の効果を取り入れ，スピン軌道相互作用によるエネルギー分裂を考慮した計算を行う．
|
