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2013 年度 実績報告書

超短パルス励起半導体における動的ファノ共鳴と過渡的準粒子生成

研究課題

研究課題/領域番号 23540360
研究機関筑波大学

研究代表者

日野 健一  筑波大学, 数理物質系, 教授 (90228742)

キーワードコヒーレントフォノン / Fano共鳴 / プラズモン / 超短パルスレーザー / 半導体
研究概要

半導体に超短パルスレーザー(数10fs程度)を照射した際誘起されるコヒーレントフォノン生成機構の理論的解明を進めた。n-Siのような非極性半導体では、パルス照射直後100fs程度までの初期時間領域において、特徴的な過渡的なFano共鳴(FR)が発現すると考えられている。この際、電子とLOフォノンが強く結合したポーラロニックな準粒子が生成すると示唆されている。一方、n-GaAsのような極性半導体ではFRは発現しないが、非極性系では確認されていないLOフォノンとプラズモンの結合モード(LOPC)が観測されている。このような極性および非極性半導体では電子のLOフォノンはそれぞれフレーリッヒ相互作用および変形ポテンシャル相互作用によって結合するが、この相違が何故にコヒーレントフォノン生成初期時間の量子効果に異なる物理現象を引き起こすか不明である。
そこで、当該系の特徴であるポーラロニック準粒子やプラズモンを統一的に記述するため、電子系の誘起分極に対応する演算子とフォノン演算子からなる複合演算子を定義し、これの時間発展を解析した。この複合演算子はある近似下で(擬)ボゾン演算子とみなせ、時間ごとに定義される(断熱的な)固有状態は、エネルギー的に離散的なフォノンとプラズモンおよびエネルギー的に連続的な電子正孔系から成り、過渡的FR状態およびLOPCモードを統一的に表すことが可能である。
まず、過渡的FRの発現機構を解明するためにプラズモンの寄与を無視したモデルで解析した。この(擬)ボゾン演算子がFano-Andersonハミルトニアンの近似解になることを利用して、古典的な格子振動に対応するフォノン演算子の期待値の時間発展を求めた。これにより、n-Siの特徴である初期時間領域での不規則振動および対応する周波数スペクトルにおけるFRに特徴的な非対称スペクトルの発現を見出すことに成功した。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Quasienergy resonance in a dynamic Wannier-Stark ladder2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Nemoto, N. Maeshima, and K. Hino
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 87 ページ: 205305_1-13

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.87.205305

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin and Orbital Correlations in Photoexcited States of Multi-Orbital Hubbard Models2014

    • 著者名/発表者名
      H. Takenaka, N. Maeshima, and K. Hino
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser-Controlled Exciton Fano-Resonance in Semiconductor Superlattices2013

    • 著者名/発表者名
      N . Maeshima, K. Yamanda, and K. Hino
    • 雑誌名

      J. Phys. : Condens. Matter

      巻: 25 ページ: 435801_1-6

    • DOI

      10.1088/0953-8984/25/43/435801

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Significance of decay mechanism into continuum in dynamical Wannier-Stark ladder2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Nemoto, N. Maeshima, and K. Hino
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc

      巻: 1566 ページ: 241

    • DOI

      10.1063/1.4848375

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser-induced Fano resonance in semiconductor superlattice2013

    • 著者名/発表者名
      N. Maeshima, K. Yamada, and K. Hino
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc.

      巻: 1566 ページ: 514

    • DOI

      10.1063/1.4848511

    • 査読あり
  • [学会発表] Polaronic Quasiparticle Picture for Coherent Phonon Dynamics in Semiconductors2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Watanabe, Y. Nemoto, K. Hino, and N. Maeshima
    • 学会等名
      ICPS 2014
    • 発表場所
      Austin, USA
    • 年月日
      20140809-15
  • [学会発表] 過渡的ファノ共鳴を伴ったコヒーレントフォノンにおける解析的表式の導出2014

    • 著者名/発表者名
      根本裕也、日野健一、渡辺陽平、前島展也
    • 学会等名
      日本物理学会  第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 分数型動的ワニエ-シュタルク階段におけるフラクタル構造と多チャンネル効果2014

    • 著者名/発表者名
      大野文隆、根本裕也、日野健一、前島展也
    • 学会等名
      日本物理学会  第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 2軌道縮退ハバード模型における光誘起ダイナミクス2014

    • 著者名/発表者名
      井本文裕、前島展也、日野健一
    • 学会等名
      日本物理学会  第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Semiclassical Theory of Coherent Phonon Generation Accompanying Transient Fano Resonance in Semiconductors2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Watanabe, Y. Nemoto, K. Hino, and N. Maeshima
    • 学会等名
      APS March Meeting 2014
    • 発表場所
      Denver, USA
    • 年月日
      20140303-07
  • [学会発表] Quasienergy resonance in a dynamic Wannier-Stark ladder2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Nemoto, K. Hino, and N. Maeshima
    • 学会等名
      APS March Meeting 2014
    • 発表場所
      Denver, USA
    • 年月日
      20140303-07
  • [学会発表] Collapse of Fractal Structure in a Dynamic Fractional Stark Ladder Driven by an Intense THz Laser2014

    • 著者名/発表者名
      K. Hino, F. Ohno, Y. Nemoto, and N. Maeshima
    • 学会等名
      APS March Meeting 2014
    • 発表場所
      Denver, USA
    • 年月日
      20140303-07
  • [学会発表] Spin and Orbital Correlations in Photoexcited States of Multi-Orbital Hubbard Models2013

    • 著者名/発表者名
      H. Takenaka, N. Maeshima, and K. Hino
    • 学会等名
      SCES 2013
    • 発表場所
      Univ. of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      20130805-09

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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