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2012 年度 実績報告書

半導体におけるバンドギャップ制御と相関効果の理論

研究課題

研究課題/領域番号 21740231
研究機関大阪大学

研究代表者

浅野 建一  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10379274)

研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2013-03-31
キーワード電子正孔系 / 励起子モット転移 / サハ方程式 / セミメタル系 / 励起子イオン化率 / 光学利得 / 光吸収スペクトル / 光ルミネッセンス
研究概要

電子正孔系を考察する際に伝統的に用いられてきた半導体Bloch方程式を,低次元電子正孔系に適用した結果について考察した.相互作用が繰り込まれた準電子と準正孔の間の束縛状態がなくなる密度をMott密度と定め,プラズマ利得が生じる密度,即ち相互作用が繰り込まれたバンド端と電子と正孔の化学ポテンシャルの和が一致する密度を透明密度と定義する.バルク(三次元)系では,Mott密度と透明密度は全く異なる.前者が主に遮蔽効果によって決まるのに対し,後者は殆ど相互作用によらず,Pauliブロッキングの効果のみで決まるからである.しかし,低次元系では遮蔽効果はPauliブロッキングに比べると小さな影響しか及ぼさないことが分かった.実際,低次元ではどんなに小さい引力でも必ず束縛状態が形成され,遮蔽効果のみでは励起子の乖離は起こらない.その結果,低次元電子正孔系では,Mott密度と透明密度が一致する.我々はこの考察をさらに進め,両密度が簡単な表式で近似できることを見出した.この条件式は古典量子クロスオーバーの境目を表す形をしていて,Pauliブロッキング効果が顕在化する条件を示す.
さらに、半導体Bloch方程式を超えて自己無撞着T行列近似を開発した.この理論では,電子正孔間のT 行列を通じて電子と正孔の自己エネルギーや一粒子グリーン関数に励起子束縛状態の情報が入り,イオン化率を考察することが可能となる.このイオン化率の情報は相互作用の遮蔽定数にフィードバックされるようになっており,これにより励起子形成による遮蔽効果抑制の効果も考慮できる.これは非摂動的な効果であるため,イオン化率が不連続に跳ぶ「純粋なMott転移」までも記述可能である.実際に擬一次元と二次元系の相図を,イオン化率を使って可視化した.

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Classical-quantum crossovers in quasi-one-dimensional electron-hole systems: Exciton-Mott physics and interband optical spectra2012

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshioka and K. Asano
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 86 ページ: 115314/1-115314/16

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.86.115314

    • 査読あり
  • [学会発表] 低次元電子正孔系のモット密度に対するパウリブロッキング効果の重要性2013

    • 著者名/発表者名
      浅野建一,吉岡匠哉,上出健仁
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2013-03-28
  • [学会発表] 動的相関電子系における相転移・クロスオーバーと光学スペクトル2012

    • 著者名/発表者名
      浅野建一
    • 学会等名
      第 7 回DYCEシンポジウム
    • 発表場所
      東京大学浅野キャンパス
    • 年月日
      20121225-20121227
    • 招待講演
  • [学会発表] 半導体量子井戸における発光スペクトルの解析2012

    • 著者名/発表者名
      吉岡匠哉,浅野建一
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [学会発表] Exciton-Mott physics and interband optical spectra in low-dimensional electron-hole systems2012

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Asano
    • 学会等名
      DYCE International Workshop
    • 発表場所
      屈斜路プリンスホテル
    • 年月日
      20120807-20120811
    • 招待講演
  • [学会発表] Quasi-equilibrium phase diagram and optical response in two-dimensional electron-hole system2012

    • 著者名/発表者名
      Takuya Yoshioka and Kenichi Asano
    • 学会等名
      The 31st International Conference of the Physics of Semiconductors
    • 発表場所
      チューリッヒ(スイス)
    • 年月日
      20120729-20120803
  • [学会発表] Mott transition and crossover in quasi-one-dimensional electron-hole systems2012

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Asano
    • 学会等名
      The 31st International Conference of the Physics of Semiconductors
    • 発表場所
      チューリッヒ(スイス)
    • 年月日
      20120729-20120803

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公開日: 2014-07-24  

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