2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of photoluminescence mechanism due to polariton-like spatial propagation in exciton inelastic scattering processes
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18K03494
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
中山 正昭 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (30172480)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 励起子非弾性散乱過程 / 励起子－励起子散乱 / 励起子－電子散乱 / 光子性下枝ポラリトン空間伝播 / 空間分解発光分光法 / 時間分解発光分光法 / GaAs/AlAs超格子 / CuI薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. ミニバンド構造を有するGaAs/AlAs超格子を対象として、10Kにおいて、空間分解発光特性と時間分解発光特性の系統的な測定を行った。空間発光イメージの測定から、励起スポットから空間的に離れた試料端で発光スポットが出現することを見出した。試料端の発光スポットを空間選択して、発光スペクトルの励起強度依存性の測定を行い、励起子－励起子散乱による発光が選択的に観測されることを確認した。このことは、散乱過程の終状態である光子性下枝ポラリトンが励起スポットから試料端に空間伝播し、試料端での並進対称性の破れによって光子に変換されていることを明確に示している。なお、超格子における励起子－励起子散乱発光の観測は、本研究成果が初めてのことである。また、発光減衰プロファイルの測定から得られた発光速度のエネルギー依存性が、ブロードニング因子を考慮したポラリトン方程式から計算される光子性下枝ポラリトンの群速度のエネルギー依存性によってスケーリングできることを明らかにした。ミニバンド効果に関しては、空間分解発光スペクトルから見積もられる励起子束縛エネルギーが、ミニバンド幅が大きくなるにしたがって低下するという結果が得られた。
2. 真空蒸着法により作製したCuI薄膜を対象として、10Kから260Kにおいて、空間分解発光特性の系統的な測定を行った。全温度領域で、上記1と同様の空間分解発光特性が観測された。空間分解発光スペクトルのピークエネルギーの温度依存性を励起子非弾性散乱過程の理論に基づいて解析し、約150Kを境として、低温領域では励起子－励起子散乱が、高温領域では励起子－電子散乱が生じることを明らかにした。以上のことは、励起子－励起子散乱と励起子－電子散乱のどちらにおいても、散乱過程の終状態である光子性下枝ポラリトンの空間伝播が発光の起源であることを示している。
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