| 研究課題/領域番号 |
21K03420
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 和歌山大学 |
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研究代表者 |
秋元 郁子 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (00314055)
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| 研究分担者 |
中 暢子 京都大学, 理学研究科, 教授 (10292830)
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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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | バレーキャリア / バレーダイナミクス / IV族半導体 / サイクロトロン共鳴 / バレー自由度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、半導体物性物理学分野では電荷に代わるスピンやバレーなどの量子自由度が新たに注目され、省電力化をめざした次世代デバイスが開発されつつある。特に、室温でも堅牢な量子状態を用いるバレートロ二クス研究をさらに加速させるため、バレー分極の制御方法の確立が強く求められている。本研究では、我々が近年有用性を示してきたナノ秒時間分解サイクロトロン共鳴法を拡張し、洗練された光励起法によりバレー分極キャリアを注入したうえで、外場（電場）駆動および温度擾乱によるバレー分極のダイナミクスを明らかにし、その制御方法の基礎を確立する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、バレー自由度の制御のためにバレー間散乱を捉えるためのキャリアダイナミクス研究を行った。高純度シリコン結晶にキャリアを光注入し、時間分解サイクロトロン共鳴法で、スペクトル形状が定常電場によって変化する様子を追跡した。その結果、光励起後1 us以内で、電場により励起子のイオン化が促進され、かつ、軽い電子程加速・散乱されることにより、観測できない程の高温状態になってしまうことが分かった。その高温電子はf過程によるバレー間散乱されている可能性が高い。一方、電場印加してもそれほど加速されずにバンド端領域にとどまりバレー分極を数十us程度まで保持する電子も存在することが分かった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、今後のバレートロニクスデバイス開発において、バレー分極保持の観点からは、必要最小限の電場印加になるように設計すること、電場によるキャリア加熱を押さえることが必要であること、光キャリアを用いる場合は波長選択が重要であることが分かった。また、今回は励起子の束縛エネルギーが14.7 meVのシリコンでの研究であったが、同じく注目されているダイヤモンドでは励起子の束縛エネルギーが96 meVと大きく、室温でも励起子とキャリアが共存することから、励起子のインパクトイオン化にも注意する必要があること示唆された。
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