多光子励起による半導体量子ドットの励起電子多体効果

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10304022
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 伊藤 正 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60004503)
• 研究分担者: 枝松 圭一 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (10193997) ; 石原 一 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (60273611) ; 張 紀久夫 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60013489)
• キーワード: 半導体量子ドット / 閉じ込め電子系 / 励起子縦横分裂効果 / 内部電場のサイズ共鳴増大 / 励起子多体効果 / 4光波混合 / 時間分解分光 / 顕微分光

研究概要

1.伊藤は、CuCl量子ドット中の励起子2光子遷移選択則が偏光と結晶の対称性に依存すること、紫外光励起赤外過渡吸収分光により量子数が2以上の励起子準位では励起子閉じ込めモデルが成立しないこと、過渡吸収の長寿命成分は永続的ホールバーニングや蛍光の光疲労効果と密接に関連することを見出した。
2.張は、球内閉じ込め励起子の縦横分裂効果・下地分極率によるバルク型遮蔽効果と鏡像効果を考慮してエネルギー準位構造・光学スペクトルを球の半径の関数として計算した。半径と振動数の関数として「内部電場の共鳴増大条件」を調べた。閉じ込めの形状依存性を見るために円筒閉じ込めの場合の準位構造も考察し、「半径対高さの比」及びサイズの関数としてその移り変わり調べた。
3.石原は、量子ドットに閉じ込められた励起子系の非線形光学応答の準備として、一次元閉じ込め系である薄膜の4光波混合信号の計算を行った。その結果、内部電場のサイズ共鳴増大により非線形信号が特異的に増強する条件を見いだした。複合薄膜に周期的に閉じ込められた励起子系と輻射場の結合モードを計算し、その輻射寿命、輻射シフトを議論した。
4.枝松は、CuCl量子ドットについてピコ秒パルスレーザーによる2光子共鳴励起時に現れる励起子ルミネッセンスと光散乱の共存状態から励起子の横緩和においてノンマルコフ過程が重要であることを明らかにした。GaAs量子ドットの多光子吸収により1量子ドット中に複数個の電子正孔対が存在する場合の発光を単一量子ドット分光で初めて明らかにした。ZnCdSeの単一ドット時間分解分光にも成功した。
5.以上を総合して、最終年度は多光子励起による励起電子多体効果、非線形光学効果をより深く研究する。

研究成果

• [文献書誌] T. Uozumi: "Excited-state absorption of excitons confined in spherical quantum dots"Phys. Rev. B. 59. 9826-9829 (1999)
• [文献書誌] K. Edamatsu: "Exciton relaxation process of II-VI and I-VII semiconductor quantum dots"Proceedings of the Third Symposium on Atomic-scale Surface and Interface Dynamics. 75-80 (1999)
• [文献書誌] K. Edamatsu: "Two-photon excitation spectra of confined excitons in CuCl nanocrystals"Phys. Rev. B. 59. 15868-15871 (1999)
• [文献書誌] K. Edamatsu: "Micro-photoluminescence spectroscopy of CuCl quantum dots in thin NaCl crystals"J. Lumin.. (in press). (2000)
• [文献書誌] K. Yamanaka: "Excited-state sbsorption of excitons confined in CuCl quantum dots"J. Lumin.. (in press). (2000)
• [文献書誌] K. Edamatsu: "Non-Markovian relaxation of excitons confined in CuCl quantum dots studied by resonant secondary emission"Phys. Stat. Sol. (b). 178(in press). (2000)
• [文献書誌] B.P. Zhang: "Time-resolved phoroluminescence of ZnCdSe single quantum dots"J. Cryst. Growth. (in press). (2000)
• [文献書誌] H. Ajiki: "Effects of transition dipole moment on exciton states in a single quantum dot"Proc. 3rd Int. Conf. on Excitonic Processes in Condensed Matter, Boston 1998. 262-267 (1999)
• [文献書誌] H. Ajiki: "Transverse and Longitudinal Character of Excitons in spherical and cylindrical quantum dots"J. Lumin.. (in press). (2000)
• [文献書誌] H. Ishihara: "Size dependence of degenerate four wave mixing signal due to enhancement of internal field in mesoscopic systems"J. Lumin.. (in press). (2000)
• [文献書誌] H. Ishihara: "Theory of transient pulse response including the effect of nanoscale spatial variation of resonant internal field"J. Lumin.. (in press). (2000)
• [文献書誌] H. Ishihara: "A super coupling of radiation field and excitons confined in spatially periodic structure"Physica E. (in press). (2000)