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2011 Fiscal Year Annual Research Report

半導体におけるバンドギャップ制御と相関効果の理論

Research Project

Project/Area Number 21740231
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

浅野 建一  大阪大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (10379274)

Keywords電子正孔系 / 励起子モット転移 / 低次元系 / デイラック電子系
Research Abstract

1.電子正孔系の熱平衡状態:広い密度と温度の領域を一つの理論的枠組みで記述する新しい手法を開発した。具体的に言えば、これは電子間、正孔間、電子正孔間のT行列、電子および正孔の自己エネルギー、および遮蔽効果の三者を自己無撞着に決定する摂動論である。既存の摂動理論の問題点は、プラズマ中に埋め込まれた電子と正孔の相関を考察しているがために、プラズマと励起子ガスの中間的な状況を記述できない点にあった。我々の理論ではこの問題が解決され、励起子のイオン化率に相当する量を計算できる。さらにこの情報を遮蔽効果へフィードバックし、励起子形成によって遮蔽効果が抑制される機構まで取り込んでいる。これにより、励起子ガスと電子正孔プラズマ間の励起子モット転移やクロスオーバーを詳細に調べることが可能になった。この手法では、バンド間遷移の光学スペクトルに関する情報も同時に計算することができ、実験結果を半定量的に再現することができた。
2.カーボンナノチューブ上の荷電励起子・励起子分子:既存の理論が無視してきたバンドの非放物線性、構造因子、遮蔽、自己エネルギー補正の効果を取り入れた計算を行った。その結果、主に遮蔽と構造因子の効果が、束縛エネルギーを小さく抑えることを示した。遮蔽効果が荷電励起子よりも励起子分子に対して強く働くために、励起子分子の束縛エネルギーの方が荷電励起子の束縛エネルギーよりも小さくなる。また、クーロン相互作用の短距離部分から生じる準位の微細構造についても調べ、実験で測定されている荷電励起子ピークが、励起子ピークから大きく低エネルギー側に現れることに対する解釈を与えた。
3.ディラック電子系の設計:固体のバンドにディラック点が出現する条件を提示し、手軽にデイラック電子系を設計する指針を与えた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

電子正孔系の研究について本年度大きな進展があり、方法論の開発に一定の目処が立った。また、ディラック電子系についても、物質設計の観点からの研究や、カーボンナノチューブ上の励起子分子、荷電励起子の計算が完成し、これを論文にまとめることができた。

Strategy for Future Research Activity

今後は、電子正孔系に対して開発した手法を様々な系に適用していく。特にディラック電子系における多体効果を調べることが大きな目標となる。研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題点は特にない。

  • Research Products

    (12 results)

All 2012 2011

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Trions in semiconducting single-walled carbon nanotubes2012

    • Author(s)
      K. Watanabe and K. Asano
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 85 Pages: 035416/1-035416/9

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.85.035416

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exciton-Mott Physics in a Quasi-One-Dimensional Electron-Hole System2011

    • Author(s)
      T. Yoshioka and K. Asano
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 107 Pages: 256403/1-256403/5

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.107.256403

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Robust Carrier-Induced Suppression of Peak Gain Inherent to Quantum-Wire Lasers2011

    • Author(s)
      M. Okano, P. Huai, M. Yoshita, S. Inada, H. Akiyama, K. Kamide, K. Asano, and T. Ogawa
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 80 Pages: 114716/1-114716/9

    • DOI

      DOI:10.1143/JPSJ.80.114716

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Designing Dirac points in two-dimensional lattices2011

    • Author(s)
      K. Asano and C. Hotta
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 83 Pages: 245125/1-245125/14

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.83.245125

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 励起子Mottクロスオーバー領域における単一量子細線の高精度利得吸収スペクトル測定2012

    • Author(s)
      福田圭介,吉田正裕,望月敏光,秋山英文,岡野真人,吉岡匠哉,浅野建一,Loren N. Pfeiffer,Ken W. West
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-27
  • [Presentation] 電子正孔系における対凝縮の転移温度2012

    • Author(s)
      吉岡匠哉,浅野建一
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] 1次元電子正孔系における励起子-プラズマクロスオーバーと光学スペクトル2011

    • Author(s)
      吉岡匠哉, 浅野建一
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] 半導体量子井戸における吸収・利得スペクトルと励起子イオン化率の解析2011

    • Author(s)
      吉岡匠哉, 浅野建一
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] 二次元ハバード模型におけるモット転移の線形化クラスタ動的平均場理論2011

    • Author(s)
      上田倫也、大橋琢磨、浅野建一、小川哲生
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] Designing Dirac points in anisotropic lattices2011

    • Author(s)
      Kenichi Asano, Chisa Hotta
    • Organizer
      The 19th international conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • Place of Presentation
      フロリダ州立大(米国)
    • Year and Date
      2011-07-27
  • [Presentation] Microscopic study on carrier-density-dependent gain characteristics in cleaved-edge overgrown T-shaped quantum-wire lasers2011

    • Author(s)
      M.Yoshita, M.Okano, H.Akiyama, L.N.Pfeiffer, K.W.West, P.Huai, K.Kamide, K.Asano, T.Ogawa
    • Organizer
      The 19th international conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • Place of Presentation
      フロリダ州立大(米国)
    • Year and Date
      2011-07-27
  • [Presentation] Phase Diagram and Optical Response Spectra in Quasi-One-Dimensional Electron Hole systems2011

    • Author(s)
      Takuya Yoshioka, Kenichi Asano
    • Organizer
      The 19th international conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • Place of Presentation
      フロリダ州立大(米国)
    • Year and Date
      2011-07-26

URL: 

Published: 2013-06-26  

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