| 研究課題/領域番号 |
15K05121
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
日野 健一 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90228742)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | コヒーレントフォノン / 超高速電子励起 / ファノ共鳴 |
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| 研究実績の概要 |
高強度超短レーザーパルスを非極性半導体であるSi結晶に照射した際、照射後数10ｆｓ程度の初期時間領域において、コヒーレントフォノン（CP)が瞬時に誘起されるに付随して、特徴的なスペクトル形状を有する量子干渉効果である過渡的なファノ共鳴が発現することが観測されている。一方、極性半導体であるGaAsにおいては、現在までのところ、ファノ共鳴は観測されていない。本年度は、ポーラロニック準粒子モデルを構築することによって、このような実験結果を統一的な観点から理解することを目指した。具体的には、Si及びGaAs結晶の系において、ファノ共鳴発現の有無およびスペクトル形状の照射パルス依存性を調べ、内在するCP生成ダイナミックスの詳細な解明を目指した。さらに、CP振動の時間シグナルに内在する初期位相を導出することにより、CP生成ダイナミックスの詳細な理解を目指す。
これにより、下記の結論が得られた。（１）Si結晶では、レーザー照射強度が大きくなるにつれて、非対称スペクトルが発現し、更に離調が負から正になるにつれて、非対称パラメータ（q値）は正から負へと反転する。一方、GaAs結晶ではスペクトルは常に対象である。（２）これは、当該モデルにおける有効電子-フォノン相互作用の時間に依存する位相変化と相関があり、準粒子の断熱状態間の非断熱結合が重要な役割を示す。（３）特に、この非断熱結合は局所時間領域においてスパイク状の特異性を示し、当該の非エルミート問題における自己直交性に起因するexceptional pointとして理解できることが分かった。
以上のように、この10年間ほど、現象論的なモデル等以外では実験結果を説明できなかったCPにおけるファノ問題を、ポーラロニック準粒子を導入することによって初めて解明することに成功した。この成果は、現在、Phys. Rev. B誌に投稿中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
理論構築および典型的な実験結果に対する数値計算との比較などを行い、学術論文投稿まで完了している。現在、この成果をもとに、より詳細な理解をするためのフォローアップ研究が遂行中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
ポーラロニック準粒子モデルをBiやSn等の半金属系に適用し、半導体と異なるCP振動パターンやファノ共鳴発現の有無を調べ、既存の実験結果との比較を行う。また、高密度のキャリアが瞬時に励起され量子効果が依然重要である初期時間領域から、古典的なモデルで理解可能な古典領域へとCP過程がクロスオーバーしていく様子を、フォノンのコヒーレンス度を計算しすることにより調べる。これに付随してフォノンレージングの可能性も探りたい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
旅費および人件費が予定以上に嵩み、予定していた計算機サーバー購入費が不足することになったため、物品費を次年度に繰り越すことにした。。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度所要額と合算することにより、計算機サーバーを購入する。
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