半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14340095
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 唐沢 力 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90106336)
• 研究分担者: 飯田 武 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80047191) ; 鐘本 勝一 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40336756) ; 赤井 一郎 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (20212392) ; 鈴木 正人 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70254381)
• キーワード: 層状結晶 / BiI_3積層欠陥励起子 / GaSe / 励起子のコヒーレント伝播 / 励起子のボーズ凝縮 / 縮退四光波混合 / 非線形光学応答 / Gross-Pitaevskii方程式

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)をレーザー光を用いて高密度に励起し、その発光および非線形光学応答スペクトルに時間-空間分解分光法を適用して励起子集団の伝播による空間的挙動を調べた。その結果、以下で記す様な励起子の高密度下での異常伝播機構の存在が明らかになった。
1)モードロックレーザー励起ピコ秒色素レーザー光を2光束に空間分離して結晶表面で高密度励起子集団を2つ励起し、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り誘起される縮退四光波混合光(DFWM)信号の発生と,その波数ベクトル選択性見出した。また、ナノ秒狭帯域OPOレーザー励起により、DFWMスペクトルに、励起子間相互作用が反発相互作用であることを示すサブピークが存在することを見出した。
2)励起子集団の空間-時間的発展を、コヒーレント励起子集団として、非線型Schrodinger方程式(Gross-Pitaevskii方程式)で計算し、実験値に見あう励起子間相互作用エネルギーによって励起子集団の時間-空間発展を再現することができた。
以上の結果より、これらSFE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相として理解出来ることが、予備的に明らかになった。
@ 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。

研究成果

• [文献書誌] T.Karasawa, A.Tanji, I.Akai: "Photoinduced High-density Phase of Exciton-polariton Masses and Their Coherent Propagation at Stacking Fault Interface in BiI_3"Phase Transitions. 75. 707-714 (2002)
• [文献書誌] I.Akai, A.Yamamoto, T.Karasawa, V.F.Aguekian: "Nonlinear Luminescence of Excitons in HgI_2 Microcrystallites on Porous Polymers"Nonlinear Optics. 29. 345-350 (2002)
• [文献書誌] K.Bando, I.Akai, T.Karasawa, K.Maehashi, H.Nakashima: "High Density Effects on the Exciton Systems and Their Dynamical Behavior in Al_xGa_<1-x>As/AlAs Quantum Wires"Phase Transitions. 75. 1011-1017 (2002)
• [文献書誌] Haiyan Xie, M.Tougezaka, I.Kinoshita, K.Kanemoto, I.Akai, T.Karasawa: "Optical Properties of Hexanuclear 6-Methyl Pyridine Thiolato-Copper(I) Crystals"Nonlinear Optics. 29. 647-653 (2002)
• [文献書誌] K.Nishioka, M.Suzuki: "Dynamics of Anisotropic Migrations of Exciton and Phonon in Dendrimer Systems"Nonlinear Optics. 29. 641-646 (2002)
• [文献書誌] K.Nishioka, M.Suzuki: "Study of Dynamics of Anisotropic Vibrational Energy Migration in Dendrimer Macromolecule by using a Classical Oscillator Model"J.Chem.Phys.. 117. 7793-7801 (2002)
• [文献書誌] T.Iida, M.Tsubota: "Ordered State and Superfluidity of Quasi-two-dimensional Excitons in Type-II Quantum Wells"Phase Transitions. 75. 961-969 (2002)
• [文献書誌] M.Kobayashi, M.Tsubota, T.Iida: "Superfluidity of Disordered Bose Systems : Numerical Analysis of the Gross-Pitaevskii Equation with a Random Potential"Physica. B(印刷中). (2003)