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

2002 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, 大学院・自然科学研究科, 助手 (40323430)
• キーワード: 励起子分子 / 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

ZnSe/BeTeタイプII量子構造では、単なる励起子発光では理解できない高効率な発光を捕らえ、励起強度およびエネルギー依存性、温度、磁場依存性から新しい凝縮相からの発光である可能性を示唆した。希薄磁性半導体量子構造では、強磁場スピン選択励起四光波混合測定を行い、反結合励起子分子(スピン5重項)振動子増大にともなう励起子-励起子分子量子ビートを観測することに成功した。また、時間分解バンド端発光測定とその解析から、光学禁制ダーク励起子が局在Mnスピン散乱により、ダイナミクスに大きな寄与を特徴としている事を示した。この系では、Mnの内部光学遷移(d-d遷移)が励起子分子発光エネルギー近傍に新たな荷電励起子を誘起することを発光励起分光実験から明らかにした。また、希薄磁性半導体2次元電子による磁場下荷電励起子発光スペクトルからスピン1重項、3重項(ブライトおよびダーク)荷電励起子の特徴的なダイナミクスと磁場下でのふるまいを明らかにすることができた。励起子磁気ポーラロンについては、Cd_<1-x>Mn_xTe低濃度Mn領域での自己束縛型励起子磁気ポーラロンのダイナミクスとその特性を明らかにし、理論との比較から、自由励起子磁気ポーラロンについて発生機構を明らかにすることが出来た。また、フェムト秒領域光誘起ファラデー回転実験に成功し、励起子磁気ポーラロン形成スピン過程を明らかにするとともに、スピンポーラロンに伴う内部磁場発生を捕らえる事に成功した。半導体サブバンド間遷移に関係する物性研究において有用と思われる、テラヘルツ光源の開発を目指し、フォトニック結晶を用いたスミスパーセル放射の理論的検討を行った。誘電体球からなるフォトニック結晶近傍を,高速電子が通過した際に放出されるスミスパーセル放射に関してスペクトル計算を行い、フォトニック結晶が与える特異なバンド構造に起因する特徴的な構造が得られること,更に光源応用への可能性があることを示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Mino, R.Shen, S.Takeyama, G.Karczewski, T.Wojtowicz, J.Kossut: "Biexciton Dynamical Behavior in (Cd, Mn)Te/CdTe/(Cd, Mg)Te Asymmetric Quantum wells"Nonlinear Optics. 29(7-9). 403-407 (2002)
• [文献書誌] T.Kinukawa, K.Abe, H.Mino, S.Takeyama, G.Karczevski, T.Wojtowicz, J.Kossut: "Spin transfer mechanism on formation of excitons and biexcitons in (Cd, Mg)Te/CdTe/(Cd, Mn)Te asymmetric quantum wells"Proceedings of 26^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors. (to be published). (2002)
• [文献書誌] S.Takeyama, Y.Hirayama, Y.Watanabe, H.Mino, G.Karczewski, T.Wojtowicz, J.Kossut: "Magnetic field induced singlet-triplet transition of charged excitons in Cd_<1-x>Mn_x quantum wells"Proceedings of 26^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors. (to be published). (2002)
• [文献書誌] H.Mino, S.Takeyama, R.Akimoto: "Anomalous behavior of excitonic luminescence in ZnSe / BeTe type-II superlattices"Proceedings of 26^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors. (to be published). (2002)
• [文献書誌] S.Takeyama, Y.Hirayama, Y.Watanabe, H.Mino, G.Karczewski, T.Wojtowicz, J.Kossut: "Spin states of a charged exciton in n-doped Cd_<1-x>Mn_xTe quantum well in magnetic field"Proceedings of 15^<th> International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics. (to be published). (2002)
• [文献書誌] H.Mino, A.Kobayashi, R.Shen, S.Takeyama, S.Adachi, G.Karczewski, T.Wojtowicz, J.Kossut: "Biexciton formation at high magnetic field in (CD, Mg)Te / CdTe / (Cd, Mn)Te asymmetric quantum wells"Proceedings of 15^<th> International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics. (to be published). (2002)
• [文献書誌] S.Yamaguti, J.Inoue, K.Ohtaka: "Role of photonic srystals used in laser accelaration and in the free electron laser"Phys.Rev.B. 66. 085209-1-085209-8 (2002)
• [文献書誌] S.Yamaguti, J.Inoue, O.Haeberle, K.Ohtaka: "Photonic crystals versus diffraction gratings in Smith-Purcell radiation"Phys.Rev.B. 66. 195202-1-195202-12 (2002)