|
今年度、半導体中に生成された励起子系が示す、振動数領域におけるテラヘルツ光吸収スペクトルを計算する理論を開発した。この理論では、クーロン相互作用する2バンド電子・正孔モデルに基づいて解析するために、励起子のエネルギー準位や励起子間相互作用の励起子密度依存性の効果を系統的に評価することが可能である。
先行研究の一つでは、電子と正孔の相対運動に関するシュレーディンガー方程式を解析的に解くことによってテラヘルツ光吸収スペクトルを計算している。このため、スペクトルの励起子密度依存性の効果は全く議論できない。また別の先行研究では、電流密度に対する運動方程式を切断近似に基づいてスペクトルを計算しているが、実験で観測されている励起子ライマン吸収(励起子の内部状態が遷移することに伴うテラヘルツ光吸収)が低密度領域で再現できないなどの問題点があった。
これに対し本研究で開発された理論では、横波誘電関数に対する運動方程式をはしご近似の枠内で数値的に解く際に、正準変換の方法を用いて励起子効果を評価したため、低密度領域におけるスペクトルでは励起子ライマン吸収が、高密度領域ではドルーデ的な吸収が得られ、実験結果をうまく再現していることがわかった。
また、今年度開発した理論に基づいてテラヘルツ光吸収スペクトルの温度依存性を調べたところ、高密度状態において電子正孔BCS状態と電子正孔プラズマ状態間の転移(励起子モット転移の一種)を発見した。現在詳細を解析中である。
|
