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励起子および励起子ポラリトン系は、電子・ホール等が強く相互作用すると同時に、対消滅や光子の共振器からの漏れによる粒子の流出が顕著であるため、非平衡性と強相関性が共存した系となっている。その結果、特に励起子ポラリトン系では、閉じた熱平衡系で実現するボース・アインシュタイン凝縮(BEC)から非平衡開放系の光学現象である半導体レーザー(LASER)へと移り変わる現象が観測されており、強相関凝縮系物理学とレーザー物理学をつなぐ架け橋となりうる系として注目を集めている。
今年度は、Generalized random phase approximation(GRPA)をKeldysh形式に拡張することにより、非平衡定常状態にある励起子ポラリトン凝縮体の光学特性を解析することのできる枠組みを構築することに成功した。この枠組みを用いてphotoluminescenceを解析することで、ポンプ強度が上がるにつれ、励起子ポラリトン凝縮にブルーシフトが生じると同時に、拡散型ゴールドストーンモードのスペクトル強度が強くなっていくことを示した。これは実験結果を定性的に説明するものである。
また、この系では長らく、（凝縮体のエネルギーを基準として）負のエネルギーを持つBogoliubov分散がphotoluminescenceに強く現れると予想されてきた。にもかかわらず、実際の実験ではこの「負の分散」が観測されないことが大きな謎とされていた。本研究の枠組みで解析した結果、「負の分散」のスペクトル強度は非平衡性により非常に弱くなることが分かり、外部からの連続的な粒子注入が「負の分散」の出現を大きく抑制することを明らかとした。
本研究結果は、励起子ポラリトン系の多体効果を議論する際には非平衡性による分布の変化をきちんと考慮に入れる必要があることを示す結果として、重要であると考えている。
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