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半導体中の電子正孔系における量子凝縮相(励起子BEC、電子正孔BCS状態)実現を目的として、シリコンを試料として選定し、外場による電子状態の制御の研究を行っている。より具体的には、圧力によるバンド構造の制御・磁場によるスピン縮重の解消を行っている。上記の量子凝縮相は、気体原子系では実証され現在も盛んに研究がなされているが、固体中では、いまだに実現されておらず、実現される温度が冷凍機で実現できるくらいの高温であることからも、応用が期待できる発見である。
平成22年度は、研究計画に基づいて、磁場によるスピン状態の制御に関しては、磁場下での光励起後の発光観測とテラヘルツによる分光を行った。その結果、励起子の微細構造が磁場により分裂していく様子が観測され、磁場により励起子縮重度が低減できることを確認した。また、磁場により分裂する最低エネルギー状態が光学禁制の暗励起子であることが分かり、長寿命の励起子を高密度に生成できることを示唆する知見が得られた。
圧力によるバンド構造の制御に関しては、圧力セルの制作を終え、光励起後の発光観測から、試料に印加されている圧力をモニターできることを確認し、実際にテラヘルツ分光により、ダイナミクスを観測することに成功した。その結果、光励起直後のスペクトルの奇妙な振る舞いや電子正孔液滴形成の遅れといった、圧力がかかっていない時とは全く異なる様子が観測された。現在、この振る舞いに関しては、解析を行い、解釈を深めていっている。
平成22年度は、量子凝縮相実現のために必要となる、圧力・磁場による電子正孔系の応答として、基本的な知見を定量的に得ることに成功した。今後、この知見を基に計画通り研究を続けていく。
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