| 研究概要 |
4光波混合実験等で,近年,盛んに議論されている半導体中の励起子に関する非線形応答を理論的に考察する研究である。半導体中に電子と正孔とが複数個ずつ存在する励起状態「少数励起子系」を研究対象とする。この系の光学応答の3次非線形性の起源を,ボゾン化法に基づいて明らかにすることが研究の目的である。本年度は,少数励起子系に用いられてきた従来のボゾン化法(Usui変換法やMarumori写像など)や擬ボーズ粒子を純ボーズ粒子で近似する方法を批判的に再検討することと,原子核理論で発展してきた種々のボゾン化法の情報収集とから研究は開始した。そして,物理的意味と近似の意味の明瞭な新しいボゾン化法を提案した。(i)まず,1電子と1正孔の対を純ボーズ粒子として仮定して取り扱うボゾン化法を,全角運動量でラベルされた少数励起子系に適用し,ボーズ粒子間の相互作用と光子場との相互作用の詳細を明らかにした。(ii)次に,励起子の純ボーズ統計からのずれを「擬ボーズ粒子」として取り組み,構成粒子(電子と正孔)のフェルミ統計性やパウリ排他律が,擬ボーズ粒子間相互作用に与える影響を議論した。我々の開発したボゾン化法を用いると,任意の電子・正孔間相対運動をする2フェルミ粒子系を厳密にボゾン化できる。ボゾン間相互作用の運動量移乗依存性やスピン依存性,ボゾン-光子相互作用の運動量移乗依存性を,厳密に計算した。これにより,パウリ排他律によって生じるとされる位相空間充填効果と擬ボーズ統計性との関連が明らかになった。
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