電子励起による原子分子操作の理論

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11222204
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 萱沼 洋輔 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (80124569)
• 研究分担者: 篠塚 雄三 和歌山大学, システム工学部, 教授 (30144918) ; 吉田 博 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (30133929) ; 魚住 孝幸 大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (80295724)
• キーワード: 電子状態制御 / コヒーレントダイナミックス / 光誘起強磁性 / 第一原理計算 / 超高速拡散 / マテリアルデザイン / ゲッタリング / 再結合促進反応

研究概要

(1)レーザー場による電子状態変革とダイナミックスの制御(萱沼・魚住)
共鳴または非共鳴の強レーザー場を物質系に印加することで、電子的・磁気的性質の改変と、電子ダイナミックス制御を行う可能性を様々な角度から、理論的に検討した。希薄磁性半導体において、光励起により生成されたキャリアが誘起する強磁性の発現を記述する有限温度CPA理論を構築した。これに基づいて強磁性相転移のメカニズムが、磁気的相互作用により生じた不純物バンド内の2重交換相互作用であることを見い出し、転移温度を最大ならしめるキャリア濃度の最適値の存在を予言した。また、強レーザー場印加によるコヒーレント電子ダイナミックスを、2準位モデルによって調べた。レーザーによる振動外場の強度と振動数を調節することにより、電子遷移を凍結することが出来ることを見出した。さらに、凝縮媒質中で位相の乱れが存在する場合に、このコヒーレント制御の破れの度合いを明らかにした。希土類化合物の内殻および価電子励起状態における電子間相互作用のを評価し、光学スペクトルの解析を行った。
(2)第一原理計算に基づくマテリアルデザイン(吉田)
第一原理分子動力学計算により、アモルファスシリコンの光劣化機構を開明した。これを制御するためにCN処理によりダングリングボンドを終端すれば、3重結合のCNが準安定となり、さらに安定な1重結合が生成されることを発見した。第一原理計算により、シリコン中のCuのヤーンテラー効果による超高速拡散機構を発見し、これを制御するための同時ドーピング法によるゲッタリング法を提案した。また、光誘起による強磁性転移を利用したマテリアルデザインとデバイスデザインを行った。
(3)キャリア再結合メカニズムの理論(篠塚)
半導体の深い不純物準位を介する電子・正孔の再結合メカニズムを、電子格子強結合モデルに基づき明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] K.Kayanuma, S.Tanaka: "Ultrafast Atomic Displacements in Optical and Soft X-Ray Spectroscopies"Proc.Int.Conf.Excitonic Processes in Condensed Matter(World Scientific,Singapore). 122-126 (2001)
• [文献書誌] T.Uozumi, Y.Kayanuma: "Theory of Optical Responses of Spherical Quantum Dots under Static and Dynamical External Fields"Proc.Int.Conf.Excitonic Processes in Condensed Matter(World Scientific,Singapore). 421-424 (2001)
• [文献書誌] T.Itoh et al.: "Photophysics of Confined Excitons in CuCl Nanoparticles"Proc.Int.Conf.Excitonic Processes in Condensed Matter(World Scientific,Singapore). 1-5 (2001)
• [文献書誌] K.Noba, K.Nojima, Y.Kayanuma: "Optical Responses for One-Dimensional Exciton System in Correlated Random Potentials"Proc.Int.Conf.Excitonic Processes in Condensed Matter(World Scientific,Singapore). 340-343 (2001)
• [文献書誌] K.Noba, Y.Kayanuma: "Population Dynamics of a Two-Level System Driven by Oscillating Transverse and Longitudinal Fields"Physical Review A. 64・1. 13413-1-13413-8 (2001)
• [文献書誌] Y.Kayanuma, K.Noba: "Wiener-Hermite Expansion Formalism for the Stochastic Model of a Driven Quantum System"Chemical Physics. 168. 177-188 (2001)
• [文献書誌] M.Yagi, K.Noba, Y.Kayanuma: "Self-Consistent Theory for Ferromagnetism Induced by Photo-Excited Carriers"Journal of Luminescence. 94-95. 523-527 (2000)
• [文献書誌] K.Saito, Y.Kayanuma: "Nonadiabatic Transition Probabilities in the Presence of Strong Dissipation at Avoided Crossing Point"Physical Review A. 65. 33407-1-33407-11 (2001)
• [文献書誌] T.Uozumi, Y.Kayanuma: "Excited States of an Electron-Hole Pair in Spherical Quantum Dots and Their Optical Properties"To be published in Physical Review B.
• [文献書誌] T.Uozumi et al.: "Theoretical and Experimental Study of Surface and Bulk Contribution in Resonant Inverse Photoemission of CeRh_3"Physical Review B. 65・15. 45105-45114 (2001)
• [文献書誌] K.Sato, H.K.Yoshida: "Stabilization of Ferromagnetic States by Electron Doping in Fe-,Co-,Ni-Doped ZnO"Japanese Journal of Applied Physics. 40. L334-L336 (2001)
• [文献書誌] H.K.Yoshida et.Al.: "Codoping Method for the Fabrication of Low-Resistivity Wide Band-Gap Semiconductors in p-Type and n-Type AlN and Diamond"Journal of Physics of Condensed Matter. 13. 8901-8914 (2001)
• [文献書誌] K.Sato, H.K.Yoshida: "Material Design of GaN-Based Ferromagnetic Diluted Magnetic Semiconductors"Japanese Journal of Applied Physics. 40. L485-L487 (2001)
• [文献書誌] H.K.Yoshida, R.Kato, T.Yamamoto: "New Valence Control and Spin Control Method in GaN and AlN by Codoping and Transition Atom Doping"Journal of Crystal Grawth. 231. 428-436 (2001)
• [文献書誌] K.Sato, H.K.Yoshida: "Hyperfine Interactions and Magnetism of 3d transition-Metal-Impurities in II-VI and III-V Compound-Based Diluted Magnetic Semiconductors"To be published in Hyperfine Interactions.
• [文献書誌] K.Sato, H.K.Yoshida: "Ferromagnetism in Transition Metal Atom Doped ZnO"Physica E. 10. 251-255 (2001)
• [文献書誌] T.Yamamoto, H.K.Yoshida: "Physics and Control of Valence States in ZnO by Codoping Method"Physica B. 302-303. 155-162 (2001)
• [文献書誌] K.Matsushita et al.: "Prediction of Ferromagnetic (Zn,Mn)Se Superlattice"Physica E. 10. 247-250 (2001)
• [文献書誌] T.Kawasaki, H.K.Yoshida, N.Orita: "Theoretical Study of Hydrogen-Related Complexes in Diamond for Low-Resistive n-Type Diamond Semiconductor"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 149-154 (2001)
• [文献書誌] K.Sato, H.Katayama Yoshida: "Material Design of Transparent and Half-Metallic Ferromagnets in V- or Cr-Doped ZnS,ZnSe and ZnTe without p-or n-Type Doping"Proc.25^<th> Int.Conf.Physics of Semiconductors,Eds.H.Miura and T.Ando. 264-265 (2001)
• [文献書誌] T.Yamamoto, H.Katayama-Yoshida: "Materials Design for Fabrication of p-Type ZnO by Codoping Method"Proc.25^<th> Int.Conf.Physics of Semiconductors,Eds.H.Miura and T.Ando. 1409-1410 (2001)
• [文献書誌] K.Sato, H.K.Yoshida: "Theoretical Prediction for transparent Ferromagnets with Transition Metal Atom Doped ZnO"Proc.25^<th> Int.Conf.Physics of Semiconductors,Eds.H.Miura and T.Ando. 236-237 (2001)
• [文献書誌] K.Matsushita et al.: "Electronic Structure and Magnetic Properties of (Zn,Mn)Se with Carrier Doping Studied by FLAPW Method"Proc.25^<th> Int.Conf.Physics of Semiconductors,Eds.H.Miura and T.Ando. 264-265 (2001)
• [文献書誌] K.Shirai, H.K.Yoshida: "Crystal Stability of Boron Carbide B_<12>(CBC)"Proc.25^<th> Int.Conf.Physics of Semiconductors,Eds.H.Miura and T.Ando. 1673-1674 (2001)
• [文献書誌] K.Sato, H.K.Yoshida: "Ab initio Study on the Magnetism in ZnO-,ZnS-,ZnSe-Based Diluted Magnetic Semiconductors"To be published in Physica Status Solidi(b).
• [文献書誌] 佐藤和則, 吉田博: "第一原理計算による新機能希薄磁性半導体のマテリアルデザイン"固体物理. 36・7. 377-390 (2001)
• [文献書誌] 吉田博, 佐藤和則, 山本哲也: "第一原理計算による新機能性半導体のマテリアルデザイン"応用物理学会誌. 70・8. 969-975 (2001)
• [文献書誌] Y.Shinozuka: "Mechanisms of Capture- and Recombination-Enhanced Defect Reactions in Semiconductors"Physica B. 308. 506-509 (2001)