2014 Fiscal Year Annual Research Report
3次元電子正孔系におけるポリ励起子相出現可能性の理論的解明
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26287063
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
前園 涼 北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 准教授 (40354146)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ポリ励起子 / モンテカルロ / 電子相関 / 電子正孔ガス / 間接遷移型半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請時にまでに確立済であった2次元電子正孔系の取扱いを拡張し、3次元系電子正孔系の計算を可能とする段階まで到達した。
中庸な濃度域においては、通常の2成分プラズマ相、および、励起子相が正しく記述できることを確認した。
本研究の大きな特色である「大域的な」相図探索に先立ち、３次元電子正孔系で生じ得る、よく知られた典型的な極限状況の再現性を抑えた上で研究を推進する必要がある。正孔/電子質量比=1,800程度での希薄極限では、励起子分子相が連続的に水素分子に帰着し、其処での計算結果は、プロトンの量子ダイナミクスを考慮した、最も信頼性の高い結合エネルギー評価値として、精密な実験値の比較に供し得るものである。この着想に従い、上記の中庸域から注意深く多体試行関数を連続的に変化させ、最適化計算を推し進めた。
この大質量比極限で局所安定解に相当する励起子気体が得られてしまい、水素分子形成に相当する励起子分子形成は再現出来ないことが明らかになった。対分布関数による系統的解析から、励起子分子から水素分子への連続的記述には多体試行関数における４体項が不可欠で、現行実装を更に拡張する必要が明確となった。これまで記述に不足しなかった2次元系では、低次元系の一般的性質として、相互作用に対して束縛状態が形成されやすいが、3次元ではその傾向が弱まり、より精細な試行節調整が必要となるものと考えられる。試行関数への4体項の実装は、比較的長期での取り組みを要するため、この取組みには継続的な努力を払うとして、計算実務上の当面の取組みとして、励起子分子相出現がリーズナブルに再現出来る2次元系に戻り、２次元インバランス相の取扱いを当面の対象に据える事として研究を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は元々、3次元系電子正孔系の取り扱いを目標としていたものであるが、現状の実装では、３次元電子正孔系で生じ得る、よく知られた典型的な極限状況、すなわち、正孔/電子質量比=1,800程度での希薄極限で水素分子を記述する事の実現が難しい事が明らかになってきた。その原因の特定までには到達したが、明らかになったのは、多体試行関数における４体項の実装が不可避であるということで、長期での取り組みを要するものである。
事業年限内での出版成果を目指すべく、当面、この実装を避けた範囲で研究を推進するが、このような事情から、達成度を「やや遅れている」と評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
試行関数への4体項の実装は、比較的長期での取組みを要し、継続的な努力を払うため、計算実務上の当面の取組みとして、励起子分子相出現がリーズナブルに再現出来る2次元系に戻り、２次元インバランス相の取扱いを当面の対象に据える事として研究を進める。
インバランス相では、トリオン（電子1に対して正孔2で結合した複合体）など、電子と正孔が数を違えて束縛状態を形成するが、現行の多体波動関数実装で、2次元のバイエキシトンを記述出来ることまではわかっているため、その典型的パラメーター選定である(質量比/γ=1, 粒子間平均距離/rs=5, 層間距離/d=0.2)にて計算を着手する。電子数と正孔数の差については、インバランス相が出現しやすいと期待される大きな粒子数差を採用すべく、当面は、電子数を正孔数の2倍に採った系を扱う。この粒子数は閉殻配置から外れるから、多体試行関数の複素化と、ねじり平均化が必要である。
平成26年度で明らかとなった、4体項を含めた多体波動関数の実装については、長期的な開発と検証が必要となるため、年限内での達成事項としては難しい見通しであるが、並行して実装検証を進める。その際、2次元系での質量比を増加させていった時、水素分子の対応物が出来るかという点に当面は着目して研究を進める。2次元系では、4体項がなくとも、中庸な濃度域まででは、一定程度の記述が可能であるため、4体項の有無で、どの濃度域から、どのような特徴の記述に差異が生じてくるかについて詳しく解析を進め、これを用いた3次元電子正孔系への取り組みに歩を進める。
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| Causes of Carryover |
当初の計画では、平成26年度後半には、パラメーター並列のプロダクトランが廻り、大量のデータ処理案件が発生する見込みであった。このデータ処理作業に呼応した研究補助に充てる謝金を計上していたが、平成26年度の実施内容においては、あるパラメーター点での解析事案に大幅な時間をとったため、大量のデータ処理案件が発生せず、謝金も発生しなかった。このため、平成26年度に計上した人件費・約50万円を平成27年度に繰り越すこととなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成26年度の実績に基づく計画の修正により、平成27年度は、パラメーター並列のプロダクトランが廻り、大量のデータ処理案件が発生する見込みである。この度の「次年度使用額」は、これに呼応するデータ処理のための研究補助にかかる人件費に使用する予定である。
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