| 研究課題/領域番号 |
10640310
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| 研究機関 | 奈良先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
相原 正樹 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (70091163)
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| 研究分担者 |
稲垣 剛 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助手 (10253139)
高橋 聡 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教授 (80212009)
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| キーワード | 励起子 / ボーズ凝縮 / BCS状態 / 巨視的量子状態 / Eliashberg方程式 / 非線形光学 |
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| 研究概要 |
ボーズ凝縮した高密度励起子系の超流動現象を検証するために、空間的に離れた光ビームによる非線形光学現象を理論的に解析し、特に高密度励起子系の電子状態の特性を明らかにした。た。まず、昨年度までに開発した複数の光束と結合した励起子凝縮相を記述するモード結合方程式をより厳密に数値的に解くことにより、コヒーレントに伝播した励起子凝縮相における非線形相互作用により、4光波混合の信号光の特性を明らかにした。この信号光は励起子が単にバリスティック伝播して衝突した過程によるのではなく、高密度励起子系の多体効果により発生した自発分極の非線形伝播効果によるものである。つまり、高密度効果による自発的コヒーレンスを持った伝播は、励起子密度増加により安定化する。本解析では、モード結合方程式を解く際に、4光波混合のみならず2k_2?k_1方向に伝播する高次の分極モードを収束するまで全て取り入れている。従来、高密度励起子系のボーズ凝縮の検証は多くの困難を含んでいるが、本研究はそれを離れた光ビームにより直接に観測出来ることを示し、かつその密度以前を定量的に明らかにした点で意義の深いものである。この現象は高密度励起子系で生ずるが、平均励起子間距離が励起子ボーア半径の10倍程度以下の高密度になると、励起子を構成している電子と正孔のフェルミオン性とクーロン相互作用(斥力と引力)を考慮に入れる必要がある。パウリの排他原理と電子間(正孔間)の交換相互作用のために励起子描像は成り立たず、高密度になるに従って超伝導のBCS状態に類似な状態(電子正孔BCS状態)になる。そのような巨視的量子状態をエリアシュバーグ方程式を解く事により明らかにし、励起子描像が破綻する高密度状態における非線形光学現象の基礎を確立した。
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