半導体ナノ構造での高密度励起磁気光現象に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13440089
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 嶽山 正二郎 千葉大学, 理学部, 教授 (20163446)
• 研究分担者: 井上 純一 千葉大学, 先進科学教育センター, 助手 (90323427) ; 三野 弘文 千葉大学, 自然科学研究科, 助手 (40323430)
• キーワード: 励起子分子 / 希薄磁性半導体 / 量子井戸構造 / スピン選択励起 / 高密度励起 / ボーズ凝縮 / 強磁場

研究概要

半導体内に光励起で生成される励起子分子状態は明確なスピン選択性をもち、将来量子コンピュータを想定した光スピン制御素子などへの応用の可能性が指摘されている。希薄磁性半導体量子構造では巨大ゼーマン分裂より、内部実効磁場が大きくなり、励起子および励起子分子スピン状態を磁気分光測定から調べることができる。希薄磁性半導体非対称量子井戸CdMgTe/CdTe/CdMnTeを対象に磁気発光測定を行った。その結果、低温強磁場下でスピン三重項励起子分子の定常的な存在を示唆できた。また、同試料を用いた強磁場下での超高速時間分解磁気分光測定からは、磁場印加によって励起子分子生成が抑制されるが、一旦生成された励起子分子は磁場に依存しない緩和を示すという興味深い結果を得た。磁場下でのスピン選択励起四光波混合測定からは、励起子状態のゼーマン分裂に対応する信号の他に、単純にスピン一重項励起子分子のみでなく、三重項励起子分子の存在を示唆する信号を得た。次に、非磁性の半導体量子構造で、熱平衡状態の励起子分子を調べるのに適したタイプII量子構造のZnSe/BeTe超格子では、温度と密度に敏感な発光成分を捉え、励起子分子によるボーズ凝縮の可能性を示した。
また、励起子を高密度に生成した際にどのような相が実現するかに関しては、励起子間相互作用がきわめて大きな要因となる.そこで,量子井戸に生成された励起子の相互作用を微視的に議論し、励起子のスピンに依存した相互作用に対しては「繰り込み」の効果が重要であること理論的に示した。また、強磁場中半導体2重量子井戸内の励起子間相互作用にも注目した。この系では,励起子を生成する光の偏光と磁場に応じて、相互作用が定性的に変わりうることを示した。このことは、原子系でのボーズ凝縮を議論した際のフェッシュバッハ効果に相当し、励起子凝縮相を議論する際に重要な役割を果たすと期待される。

研究成果

• [文献書誌] S.Takeyama, S.Adachi, Y.Takagi: "Photo-induced magnetic polarons in semiconductors"Phase Transitions(Gordon and Breach Science Pub). Vol.74. 175-207 (2001)
• [文献書誌] <H.Mino>___-, S.Hamada, S.Takeyama, S.Adachi, G.Karczewski, T.Wojtowicz, J.Kossut: "Possible biexciton transition observed by optical reflection spectra in CdTe/CdMnTe single quantum well"IPAP Conference Series,to be published. (2001)
• [文献書誌] <H.Mino>___-, S.Takeyama, S.Adachi, G.Karczewski, T.Wojtowicz, J.Kossut: "Biexciton spin states of diluted magnetic semiconductor quantum wells in high magnetic fields"Physica B. 298. 421-425 (2001)
• [文献書誌] Yu.G.Semenov, H.Yokoi, Y.Kakudate, S.Takeyama, S.W.Tozer, Y.Kim, G.Karczewski, T.Wojtowicz, J.Kossut: "Interface local spin states in a Cd Te/(Cd,Mn)Te quantum well"Physica E. 10. 340-343 (2001)
• [文献書誌] S.Adachi, T.Tsuchiya, <H.Mino>___-, S.Takeyama, G.Karczewski, T.Wojtowicz, J.Kossut: "Dynamical spin properties of exciton and biexciton in CdMnTe/CdTe/CdMgTe single quantum well"Physica E. 10. 305-309 (2001)
• [文献書誌] S.Takeyama, <H.Mino>___-, S.Adachi, T.Stirner, W.E.Hagston, H.Yokoi, Yu.G.Semenov, S.W.Tozer, Y.Kim, G.Karczewski, J.Kossut: "Photoexcited spin states in diluted magnetic semiconductor quantum structures"Physica B. 294-295. 453-458 (2001)
• [文献書誌] J.Inoue: "Magnetic Control of Exciton Interaction in Double Quantum Wells"J.Luminescence. 94. 507-511 (2001)
• [文献書誌] J.Inoue, A.Shimizu: "Enhanced Power-law Singularity by Light Field in Quantum Wires"Int.J.Mod.Phys.B. (in press). (2001)
• [文献書誌] H.Ishii, T.Nakayama, J.Inoue: "Flat-band excitonic states of Kagome lattice in quantum wires on semiconductor surface"Surf.Science. (in press).