層状結晶高密度電子励起状態のコヒーレント伝播

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11640321
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 唐沢 力 大阪市立大学, 理学部, 教授 (90106336)
• 研究分担者: 飯田 武 大阪市立大学, 理学部, 教授 (80047191) ; 赤井 一郎 大阪市立大学, 理学部, 助教授 (20212392)
• キーワード: 層状結晶 / 高密度励起子 / BiI_3 / GaSe / 積層欠陥励起子 / 励起子のボーズ凝縮・超流動 / 縮退四光波混合 / Kosteritz-Thoules転移

研究概要

@BiI_3結晶中の積層不整二次元界面に励起される擬二次元励起子(SFE励起子)を、モードロックNd:YAGレーザー励起ピコ秒色素レーザーを用いて高密度に生成し,ポイント励起発光スペクトルに時間-空間分解分光法を適用してその高密度励起子集団の伝播による空間的挙動を調べた。励起子共鳴発光の強度分布の時間-空間発展を励起子-ポラリトンのコヒーレント伝播と拡散による二次元的広がりとして、拡散を考慮した減衰を含む古典的波動方程式(電信方程式)を解き、時間-空間発展の解と実験結果を比較して、励起子密度が増すに従いコヒーレント性が増加する結果を確認した。
@このSFE励起子系に対して、モードロックNd:YAGレーザー励起のピコ秒色素レーザーを用いて2光束を空間分離して結晶表面で高密度励起子集団を励起し,これらのコヒーレント伝播により誘起された非線形分極による縮退四光波混合(DFWM)信号の発生と,その波数ベクトル選択性見出した。これら励起子集団のコヒーレント伝播に起因する振舞いを,励起子のボーズ凝縮として理解した。
@GaSe結晶をピコ秒Nd:YAGレーザー光のSHG光で励起して,高密度下で生じる励起子-励起子散乱,励起子-自由キャリア散乱により反跳を受けた励起子発光を時間-空間分解して調べ,空間伝播と伴に生じる位相空間での緩和を明らかにした.また、励起子遷移域を2光束空間分離励起でDFWM信号を調べ,BiI_3SFE励起子系とは異なる空間伝播の密度依存性を見出した。
@理論的には、層状結晶中の高密度擬二次元電子励起状態のコヒーレントな特性にも発展的につなげられる,タイプII量子井戸中の擬二次元励起子系の多体効果を議論すると同時に,Kosteritz-Thoules転移,凝縮状態での位相の空間構造,それに基づく超流動の可能性を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Karasawa,H.Mino,M.Yamamoto T.Karasawa: "Spatial Evolution of Correlated Excition Polaritons and Their Detection by use of Four-Wave-Mixing Signals"J.Lumin.. 87-89. 174-178 (2000)
• [文献書誌] H.Mino,M.Yamamoto,T,Kawai,I.Akai,T.Karasawa: "Anomalous Behavior of the High-Density Excitons and their Nonlinear Optical Response in a Quasi Two-Dimensional Space in a Layered Crystal BiI_3"J.Lumin.. 87-89. 278-280 (2000)
• [文献書誌] M.Yamamoto,H.Mino,I.Akai,T.Karasawa,V.F.Aguekian: "Space-Resolved Luminescence and Four-Wave-Mixing Spectra of Heavily Photo-Created Exciton States in a Layered Crystal GaSe"J.Lumin.. 87-89. 275-277 (2000)
• [文献書誌] A.Tanji,I.Akai,K.Kojima,T.Karasawa: "Exciton Transitions in the Hexagonal CuI Microcrystallites Grown on Polymers"J.Lumin.. 87-89. 516-518 (2000)
• [文献書誌] T.Iida,M.Tsubota,: "Superfluidity of Excitons in Type-II Semiconductor Quantum Well"J.Lumin.. 87-89. 241-243 (2000)
• [文献書誌] A.Saitoh,T.Komatsu, and T.Karasawa: "Exciton-phonon interaction and conversion of excitons from free to self-trapped states in layered metal iodide crystals under hydrostatic pressure"J.Lumin.. 87-89. 633-635 (2000)
• [文献書誌] A.Saitoh,T.Komatsu, and T.Karasawa: "Hydrostatic pressure effects on Raman spectra and the fundamental absorption edge in 2H-PbI_2 crystals"Physical Review. B62. 11398-11404 (2000)
• [文献書誌] H.Nitta,M.Suzuki, and T.Iida: "Adiabatic nature of hole-doped states in strongly coupled electron-phonon systems"Physical Review. B62. 17050-17056 (2000)
• [文献書誌] T.J.Inagaki,T.Iida, and M.Aihara: "Many-body theory of pump-probe spectra for highly excited electron-hole systems"Physical Review. B62. 10852-10860 (2000)
• [文献書誌] Y.Shirasaka,H.Mino,T.Kawai,I.Akai, and T.Karasawa: "Spatial behavior of exciton-polariton masses in a layered crystal BiI_3"Proceedings of Yamada Conference LIII, 2000 International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] K.Bando,I.Akai,T.Karasawa,K.Inoue, and H.Nakashima: "High density excitation effects on excitons and electron-hole pairs in Al_xGa_<1-x>As/AlAs quantum wires"Proceedings of Yamada Conference LIII, 2000 International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] T.Iida, and M.Tsubota: "Order formation and elementary excitations in type-II quantum-well exciton system"Proceedings of Yamada Conference LIII, 2000 International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] 阪東毅,赤井一郎,唐沢力,井上恒一,中島尚男: "Al_xGa_<1-x>As/AlA量子細線における高密度励起子の振舞い"第11回光物性研究会 論文集. 69-72 (2000)
• [文献書誌] 白坂康之,三野弘文,赤井一郎,唐沢力: "層状結晶BiI_3における励起子-ポラリトン集団の空間的振舞い"第11回光物性研究会 論文集. 285-288 (2000)
• [文献書誌] 丹治淳,白坂康之,赤井一郎,唐沢力,V.F.Aguekian: "縮退四光波混合法による層状結晶GaSe中高密度励起子のコヒーレント伝播の観測"第11回光物性研究会 論文集. 289-292 (2000)
• [文献書誌] 新田仁,鈴木正人,飯田武: "正孔注入された電子格子強結合系での多重安定性と光励起に伴う電荷分離"第11回光物性研究会 論文集. 381-384 (2000)