2光子共鳴分光によるI-VII、II-VI化合物微結晶の量子閉じ込め電子構造の研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09233203
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 井上 久遠 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30021934)
• キーワード: 2光子共鳴分光 / 量子閉じ込め電子構造 / 励起子 / 量子ドット / CuCl微結晶 / CuBr微結晶 / 非線形レーザー分光

研究概要

主としてCuCl及びCuBrの球状量子ドットの2光子共鳴分光とフォトンエコー分光を実施し、多くの成果を挙げた。以下に列挙する。
1.2光子共鳴光第2高調波発生(RSHS)、LOフォノンによる2光子共鳴ハイパーラマン散乱(RHRS)のそれぞれの励起スペクトル、および発光をモニターにした2光子吸収スペクトル(TPA)を2Kで測定した。その結果、a.CuClドットで縦波励起子が存在する、b.CuCl,CuBrドット双方共に、ドットサイズの減少と共に励起子-LOフォノン相互作用の大きさは増大する、c.RSHSの幅が広がる事実を見いだし、RSHSが均一幅を導出する有力な新しい方法を与える、等々の事実を明らかにした。
2.半径5.4nmのCuCl量子ドットの励起子について縮退4光波混合(通常のフォトンエコー)の詳細な実験を行った。その結果、低温における位相緩和時間T2は、これまでの報告に比べて2桁程度も長いこと(たとえば2Kで130ps)、並びに低温ではエネルギー緩和時間T1で事実上決まっている事実を明らかにした。この事実は、量子ドットが分子と類似であることを示唆している。また、T2の温度変化がやや特異な特性を示すことも見い出した。現在、理論的解明を試みている。
3.CuCl,CuBrドットでフォトンエコー現象に顕著な蓄積効果が存在することを明らかにした。半導体における初めての発見である。その特性を種々の角度から調べた。なお蓄積効果は、励起状態に寿命の長いボトルネック準位があると生ずることが知られている。現在、その解明と、永続ホールバーニング効果との関連について調べている。同時に、ヘテロダイン検出蓄積フォトンエコーの実験を実施し、そのフーリエ変換スペクトルがホールバーニングスペクトルを与えることを利用してアンチホールの存在と飽和効果など多くの新しい事実を見出した。

研究成果

• [文献書誌] T.Kuroda, K.Inoue他: "Observation of homogeneous broodening in semiconductor nanocrystals by resonant second-harmonic scattering spectroscopy" Physical Review B. 55-24. R16041-R16044 (1997)
• [文献書誌] A.V.Baranov, Y.Masumoto, K.Inoue他: "Size-selective two-photon spectroscopy of CuCl spherical quantum dots" Physical Review B. 55-23. 15675-15680 (1997)
• [文献書誌] A.V.Fedorov, A.V.Baranov, K.Inoue: "Exciton-phonon coupling in semiconductor quantum dots;resonant Raman scattering" Physical Review B. 56-12. 7491-7502 (1997)
• [文献書誌] K.Inoue, R.Kuribayashi, 他: "Anomalous Phase Relaxation Characteristics in CuCl Quantum Dots" Physica Status Solidi(a). 164,Suppl. 437-440 (1997)
• [文献書誌] T.Kuroda, F.Minami, K.Inoue etal: "Accumulated Photon Echo in CuBr Quantum Dots" Physica Status Solidi(a). 164,Suppl. 287-290 (1997)
• [文献書誌] K.Inoue, A.Yamanaka, 他: "Observation of Optical Phonons and TO-LO Splitting in CuBr and CuCl Nanocrystals" J.Korean Phys.Soc.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Kuroda, F.Minami, K.Inoue, A.V.Baranov: "Accumulated photon Echo in Semiconductor Microcrystallite Quantum Dots" Physical Review B. 57-4. R2077-R2080 (1998)