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2012 年度 実施状況報告書

半導体ナノ素子における多励起子生成・消滅ダイナミクスの数値実験的研究

研究課題

研究課題/領域番号 24750016
研究種目

若手研究(B)

研究機関京都大学

研究代表者

金 賢得  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30378533)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード国際情報交換、アメリカ / 国際情報交換、カナダ
研究概要

応募者はいくつかの代表的なQDにおいてMEG/MERを計算し、MERは多励起子の低エネルギー状態がゲートウェイとなって発生し、高エネルギー多励起子は再結合しにくいという新たな非平衡ダイナミクス経路を見出した。更に、バンドギャップの2倍に満たないエネルギー励起でも、フォノン振動エネルギーにアシストされてMEGが起こりえる事を発見した。その後、本手法の汎用性を示し、MEG/MERの更なる非平衡物性を追究するため、異なる条件・タイプのナノ素子に本アプローチを適用した。その結果、MERは単一の多励起子からでなくMEGにより発生した多数の多励起子による複数経路によって初めてピコ秒オーダーの実験時定数を実現するようになる事、MEGとMERを誘起する特徴的なフォノンダナミクスが存在する事、フェルミの黄金則では記述できないガウス関数的ダイナミクス領域が存在する事を見出した。
最近では、低温における急激なフォノンモード凍結のためMEG温度依存性がバルク半導体と異なりlog Tになる事を数値実験的に示し、「QDにおけるMEG/MERは温度に依存しない」という従来の予想を覆し、QD内のMEG/MERがnon-thresholdであることを確認した。さらに、この非自明な温度依存性の物理的要因をフォノンダイナミクスの温度依存性として説明できたことで、QD内のMEG/MERを引き起こす物理的メカニズムが電子-フォノンカップリングであると実証した。

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

計算システムは正常に作動し、実験家とのコラボレーションも開始できた。そこでの結果も実験結果に見合うものであり、その有効性が証明されつつある。

今後の研究の推進方策

実験家との共同研究をさらに推進し、様々なナノ素材においてMEG/MERの有効性を実証して、有益なナノデザインの提案まで行き着きたい。

次年度の研究費の使用計画

ハイパフォーマンスコンピュータを購入し計算環境をさらに充実させ、国際学会において発表を行い、研究成果を広める予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Evidence of Phonon-Assisted Auger Recombination and Multiple Exciton Generation in Semiconductor Quantum Dots Revealed by Temperature-Dependent Phonon Dynamics2013

    • 著者名/発表者名
      Kim Hyeon-Deuk, Yoichi Kobayashi and Naoto Tamai
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: N/A ページ: N/A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoexcited Electron and Hole Dynamics in Semiconductor Quantum Dots: Phonon-Induced Relaxation, Multiple Exciton Generation and Recombination2013

    • 著者名/発表者名
      Kim Hyeon-Deuk
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: N/A ページ: N/A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exciton Multiplication from First Principles2013

    • 著者名/発表者名
      Heather M. Jaeger, Kim Hyeon-Deuk, and Oleg V. Prezhdo
    • 雑誌名

      Accounts of Chemical Research

      巻: N/A ページ: N/A

    • DOI

      10.1021/ar3002365

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Semiquantal Molecular Dynamics Simulation of Hydrogen Bond Dynamics in Water using Spherical Gaussian Wave Packets2013

    • 著者名/発表者名
      Junichi Ono, Kim Hyeon-Deuk and Koji Ando
    • 雑誌名

      International Journal of Quantum Chemistry

      巻: 113 ページ: 356-365

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoexcited electron and hole dynamics in semiconductor quantum dots: phonon-induced relaxation, dephasing, multiple exciton generation and recombination2012

    • 著者名/発表者名
      Kim Hyeon-Deuk and Oleg V. Prezhdo
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 24 ページ: 363201

    • 査読あり
  • [学会発表] Barrierless Multiple Exciton Generation and Recombination in Semiconductor Quantum Dots Originated From Temperature-Dependent Phonon Dynamics2013

    • 著者名/発表者名
      金 賢得
    • 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
      20130326-20130327
  • [学会発表] 水素核の量子効果を取り入れた凝集系Molecular Dynamicsシミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      金 賢得
    • 学会等名
      第二回水和ナノ構造研究会
    • 発表場所
      ATI研究所
    • 年月日
      20130222-20130223
    • 招待講演
  • [学会発表] Photoexcited electron and hole dynamics in semiconductor quantum dots -electron transfer, phonon-induced relaxation, multiple exciton generation and recombination2013

    • 著者名/発表者名
      金 賢得
    • 学会等名
      九州大学物性理論グループセミナー
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      20130201-20130201
    • 招待講演
  • [学会発表] 半導体量子ドットにおける光励起ダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      Kim, Hyeon-Deuk and O.V. Prezhdo
    • 学会等名
      第26回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      20121125-20121126
  • [学会発表] Photoexcited electron and hole dynamics in semiconductor quantum dots:2012

    • 著者名/発表者名
      Kim, Hyeon-Deuk and O.V. Prezhdo
    • 学会等名
      CCP2012
    • 発表場所
      神戸ポートアイランドセンター
    • 年月日
      20121012-20121018
  • [学会発表] SiおよびCdSe量子ドットにおける多励起子生成・消滅のダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      金 賢得
    • 学会等名
      第6回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      20120920-20120921
  • [学会発表] Multiple Exciton Generation and Recombination Dynamics in Quantum Dots-Effects of Temperature and Ligand Phonon Mode2012

    • 著者名/発表者名
      金 賢得
    • 学会等名
      日本物理学会 2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120919-20120920

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公開日: 2014-07-24  

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