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半導体結晶中の電子的素励起である励起子や励起子分子は、近似的にボ-ズ粒子と見做される。レーザー光の様な光子密度の高い光で結晶を励起してこれらの粒子を高密度に作ると、ある密度でボ-ズ凝縮が起こると言われている。本研究の目的はこの解釈の妥当性を実験的に吟味することである。本研究により得られた成果は次のとおりである。
塩化第一銅の励起子、励起子分子系において
(1)励起子分子発光のスペクトル解析より、インコヒーレントな励起子分子がある条件のもとではボ-ズ・アインシュタイン分布をしていることが確認された。
(2)位相共役波の増大とそれと類似の条件での励起子分子発光のスペクトル解析より、位相共役波の増大は励起子分子系の密度がボ-ズ・アインシュタイン凝縮の臨界密度を越えているときに起こることが分かった。
(3)インコヒーレントな励起子分子生成下での位相共役波信号の100%の増大を達成した。
(4)励起子分子の二光子吸収過程に関する、新しい理論を実験的に検証することに成功した。この新しい理論から、励起子分子の二励起子ポラリトン崩壊機構を再考し、その枠組みから励起子分子のボ-ズ凝縮と観測されている光学現象との関係を論じる糸口を見つけた。
亜酸化銅の励起子系において
(1)励起子を高密度に励起したときその運動量空間での分布がボ-ズアインシュタイン統計にのることを確認した。
(2)2光子共鳴励起を用いて波数の小さな冷たいオルソ励起子を空間的に一様に励起する手法を開発した。
(3)上記の手法のもとでのオルソ励起子のフォノンサイドバンド発光のスペクトル解析より、オルソ励起子がボ-ズ・アインシュタイン分布にのり、オルソ励起子系が低温に維持されることが確認された。また、励起子の密度がボ-ズ・アインシュタイン凝縮の臨界密度に1オーダー程度のところまで迫っていることが明らかになり、この手法の有効性が確認された。
(4)励起子の二光子励起における非線形偏光選択則を観測し、塩化第一銅の励起子分子において位相共役波を用いて行ったボ-ズ凝縮の観測を亜酸化銅の励起子系に応用する糸口を見つけた。
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