2017 Fiscal Year Research-status Report
薄膜中における励起子分子の輻射ダイナミクスと量子もつれ光子対生成の理論
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16K05403
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
安食 博志 東京電機大学, 理工学部, 教授 (60283735)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子もつれ光子対 / 励起子分子 / 励起子 / 量子井戸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
励起子分子が輻射崩壊したときの終状態は、「励起子＋光子」、「励起子＋表面ポラリトン」、「光子＋表面ポラリトン」、「表面ポラリトン＋表面ポラリトン」の４種類がある。この４種類の崩壊過程による励起子分子の輻射寿命の膜厚依存性は異なる特徴を持つ。特に、表面ポラリトンを含む状態への遷移は、遷移先の表面ポラリトンの状態密度とそこに含まれる励起子成分と光子成分の割合の膜厚依存性が影響する。その結果、表面ポラリトンへの遷移確率は膜厚と共に増加から減少へと転じる。この特徴的な遷移確率の膜厚依存性が、４種類の輻射崩壊を考慮したときの輻射寿命の膜厚依存性に影響を与えると考えられる。
今年度の研究では、半導体CuCl薄膜中の励起子分子の輻射寿命について、その膜厚依存性の実験結果を理論計算で再現することを試みた。その結果、定性的な膜厚依存性は４種類の輻射崩壊過程を考慮しても実験結果をうまく説明することができたが、輻射寿命の理論値は実験値よりも２桁ほど大きいことが明らかになった。この違いについては、様々な要因が考えられる。１つの理由は、計算において最低励起子準位しか考慮していないことである。実験で調べられた膜厚の範囲では、下から２番目のエネルギー準位にある励起子が最も光と強く相互作用することが知られている。この２番目の準位の励起子を考慮すると、励起子分子の輻射寿命は短くなり、実験値に近づくと考えられる。この他、３種類ある表面ポラリトンのうち１種類しか考えていないや背景誘電率の効果を無視していることも、輻射寿命が実験値よりも長くなった理由と考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
計画では複数励起子準位を考慮した励起子-光結合状態を用いて、励起子分子の輻射寿命を解析する予定であったが、まだその段階に至っていない。その理由は、「励起子分子から励起子と光子」への崩壊過程において、「励起子と光子」ではなく「励起子-光結合状態」を考慮すべきではないかと思い至ったためである。その計算に時間がかかったため、計画からやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
膜厚の小さい場合は励起子分子から「励起子と光子」への崩壊過程を考えることは、非常に良い近似であるが、膜厚が非常に大きくなると「励起子-光結合状態」への崩壊過程を考えるべきである。この計算は計算時間がかかるためひとまず置いておいて、複数励起子準位を考慮した励起子-光結合状態を用た励起子分子の輻射寿命を解析する。
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| Causes of Carryover |
大規模な数値計算を予定しているため、翌年度分として請求した助成金と合わせて高性能なコンピュータを購入する予定である。
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