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半導体電子正孔系においては、一種の気液相分離に等しい現象が起こり、励起子・電子正孔プラズマ・電子正孔液体などの様々な相への相分離が実現すると考えられている。本研究の目的は、半導体電子正孔系での相分離ダイナミクスおよび相分離の実空間情報を観測するための近接場光学応答に対する基礎理論を確立することであった。
本年度は、平成23年度に進めた研究によって得られた、電子と正孔の実空間運動に対する時空間分解光学応答の基礎方程式を、励起子相と電子正孔プラズマ相が共存する相分離過程へ適用した。具体的には、相分離ダイナミクスに対する現象論的手法と光学応答に対する微視的手法を併用することで、半導体電子正孔系での相分離ダイナミクスと相分離の実空間情報の変化に対する時空間分解光学応答を、数値的に解析するための基本的手法を構築することができた。
さらに、構築した解析手法を具体的な物質系へ適用し、半導体電子正孔系での非平衡相分離過程について精査した。非平衡性が大きい場合として、有限寿命効果が非常に効く状況では、従来までに観測されてきた空間平均化された光学（発光・吸収）スペクトルでは、励起子相と電子正孔プラズマ相の空間ドメインへの分離が判別不可能になる。しかし、実空間分解光学スペクトルの時間変化に注目すれば、スペクトル形状によって空間ドメインへの分離を明瞭に理解できることを証明した。
また、本研究から派生した成果として、半導体電子正孔系の非平衡状態における光学スペクトルと電子正孔間の多体効果に対する基本的関係式の導出や、近接場光の概念を利用した半導体励起輸送機構の解明などに成功した。これら派生した研究成果は、科研費プロジェクト内の実験・理論研究者のグループや、研究代表者の所属機関の他研究者との共同研究である。
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