| 研究概要 |
半導体超格子の積層方向に静電場を印加したとき生成するWannier-Stark ladder(WSL)の線形・非線形光学応答に関する研究を実施した。
(1)強静電場下のWSLにおける擬2次元励起子のFano共鳴(FR)スペクトル
強電場下のWSLでは、通常考察されてきた単一ミニバンド近似は不正確になり、多ミニバンド間の結合によるZenerトンネリング(ZT)を考慮した描像が必要になる。とりわけ、隣接するサブバンドのエネルギー準位が共鳴するようなZener共鳴が現れる場合、これは重要になる。このような条件における励起子FR状態の吸収スペクトルを理論的に調べた。励起子FR状態は、多チャンネル散乱理論を適用することによって高精度で計算することができる。これによると、Zener共鳴が顕著になる静電場の前後で、スペクトルのプロファイルに大きな相違が現れることが分かった。Zener共鳴が起きる場合、スペクトルの吸収端が大きく赤方遷移し、高エネルギー側のスペクトル強度は低下する。しかし、その前後ではこのような現象は見出せなかった。これは、Zener共鳴により電子・正孔の非局在性が増大し、WSLサブバンド間の重なりが大きくなったからと考えられる。
(2)強静電場下における動的WSLの擬エネルギー
WSLに単色レーザーを照射すると、光介在トンネリング(PAT)によりレーザー強度に応じて電子が動的に局在したり非局在したりする現象が現れる。これを動的WSL(DWSL)という。WSLに印加されている電場が大きくなると(1)で述べたようにZTが重要になる。このような条件下でのDWSLをFloquet展開に基づいて理論的に調べた。静電場およびレーザー電場の強度が共に大きい場合、PATの他に静的ZTおよび動的ZTが大きな効果を及ぼすことが分かった。擬エネルギーの構造の変化に対するPAT,静的ZT,動的ZTからの寄与をそれぞれ詳細に調べた。特に、静的ZTにより、親擬エネルギーバンドがその隣接するフォトンサイドバンドと大きなエネルギー反交叉を生じている事が分かった。また、単一WSLバンドで特徴的な動的局在は、もはや現れないことも分かった。
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