| 研究課題/領域番号 |
21H01362
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
鵜沼 毅也 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20456693)
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| 研究分担者 |
秋山 英文 東京大学, 物性研究所, 教授 (40251491)
玉山 泰宏 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50707312)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
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| キーワード | 半導体超格子 / テラヘルツ放射 / 光学利得 / 量子ビート / トンネル効果 / 非平衡系 / 半導体物性 / 超格子 / テラヘルツ/赤外材料・素子 / テラヘルツ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
半導体超格子は，異なる半導体材料をナノメートル級の厚さで交互かつ周期的に積層した人工結晶であり，極低温に限らず室温でもテラヘルツ電磁波の増幅効果（利得）を有する。しかし従来の理論では，このテラヘルツ利得は複数の電子が独立して運動するという描像に基づいて理解されている。本研究では，応用上重要な電子密度を高めた状況において，電子同士が作用し合う現象（動的電子相関）がテラヘルツ利得に及ぼす影響を解明・制御することを目指す。
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| 研究成果の概要 |
直流電圧を印加した半導体超格子において，ブロッホ振動しながら動的に相関した電子の集団的な振動位相やクーロン相互作用が，テラヘルツ電磁波を増幅する作用（利得）へどのように影響するのかを調べた。相互作用は主に電場遮蔽とフォノンを介して生じ，テラヘルツ利得に本質的なブロッホ振動の初期位相（タイミング）を変化させないことが分かった。さらに，ブロッホ振動の初期位相をミニバンド間トンネリングの確率とともに制御することに成功した。印加電圧に対する電子のステップ応答を扱うための一般的枠組みを構築することにより，観測された初期位相に関する新たな物理的理解を提示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
半導体超格子は，異なる半導体材料をナノメートル級の厚さで周期的に積層した人工結晶であり，テラヘルツ領域において小型固体光源の課題となっている室温動作と周波数可変動作を両立させうる利得媒質である。従来，このテラヘルツ利得は複数の電子が独立して運動するという描像に基づいて理解されてきたが，本研究では，利得の応用に即した高い電子密度で重要になる電子同士が作用し合う現象（動的電子相関）に着目した。その物理的理解と制御方法を新たに提示できた。
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