| 研究概要 |
本年度は,半導体へテロ構造中に作製された量子ドットにおける電子状態を厳密対角化の方法を用いて求めるプログラムを結合量子ドット構造に対しても計算を行えるように拡張した.また,実効的に結合量子ドット構造と見なせる強磁界下に置かれた超格子構造において,ミニバンド領域での電気伝導に対する音響フォノン散乱の影響を理論的に解析した.さらに,非対称多重量子構造において,電子がフォノン散乱により隣合う井戸間をトンネルする過程をモンテカルロ方によりシミュレートするプログラムを作成した.以上の事から,以下のような結論を得た.
・量子ドット内の電子数が1個の場合,そのエネルギー準位は閉じ込めエネルギー程度間隔で離散的に存在するため,音響フォノン緩和過程が抑制されることが知られている(フォノン・ボトルネック効果).しかし,量子ドット内電子数が増えると,電子間のクーロン相互作用のため,エネルギー準位が密になってくる.この効果を考慮に入れると,エネルギー準位の間隔が密になった分,緩和が速く起こることがわかった.また,多電子系の励起状態から基底状態へと緩和する過程を考えると,音響フォノンを1個放出して,直接,基底状態へと緩和する過程より,音響フォノンを複数個放出して緩和する過程の方が速い場合があることもわかった.
・十分強い磁界下(ヘテロ界面に垂直な磁界下)に置かれた超格子構造において,ミニバンド領域での電気伝導は,ミニバンド幅が光学フォノンのエネルギーより小さい場合,効率的なエネルギー緩和過程である光学フォノン散乱が生じない.このため,低温では,ミニバンド伝導がクエンチする様子が観測されている.そして,この状態で,温度を上昇させていくとミニバンド伝導が回復することが観測された.しかし,単純なボルン近似により音響フォノン散乱を取り扱うと,このような温度上昇に伴うミニバンド伝導の回復が期待できないことが分かった.このような状況は,フォノン・ボトルネック効果が光学測定により明瞭に観測された例が少ない,という状況に類似しており,単純なボルン近似により音響フォノン散乱を扱うことの正当性を検討する必要があることが分かった.
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