半導体超格子を用いたコヒーレントフォノン共鳴トンネルデバイスの設計

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650001
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 水野 誠司 北海道大学, 大学院・工学研究科, 講師 (90222322)
• Keywords: フォノン / 超格子 / 共鳴透過 / トンネル効果 / 局在振動モード

Research Abstract

本年の研究では、フォノンを制御するデバイスを設計するための基礎を与えることを目標に、フォノンの共鳴トンネル効果が生じる2重障壁系(2つの超格子でバルク層を挟んだ系)を取り上げ、透過率の計算をはじめとする理論的な解析を行った。その結果、この系における共鳴周波数および局在定数のexplicitな表式を導出することに成功した。共鳴周波数と局在定数は井戸幅に関して周期的に変化するが、その物理的な説明はこれまで与えられていなかった。今回我々の導出した解析解を用いることによって、この周期性の明確な説明も与えられた。
また、透過率は考えている2重障壁系の弾性的性質のみならず、系の接している基板や検出層の性質にも依存する。今回の研究では、これらと有限周期超格子との界面に生じる局在振動モードの特徴を、特に表面局在モードとの関連性に注意して詳細に調べた。真空に接する超格子系の場合、表面層の音響インピーダンスが内側のそれよりも小さい場合に表面局在モードが出現することが知られている。表面に局在振動が存在する超格子に固体を接合すると、境界条件の変化によってこの局在モードは一般には消滅してしまう。しかしながら、今回の解析計算の結果によると、接合された固体の音響インピーダンスと超格子の周期数Nがある関係を満たす場合、表面局在モードが界面局在モードとして生き残ることがわかった。また、このような界面局在モードが存在すると、基板側から入射したフォノンはこの局在モードと共鳴相互作用をおこすことによって透過率1で固体側に透過することが示された。
これらの結果はPhysical Review、Applied Surface Science、Physica等の学術誌に掲載予定である。

Research Products

• [Publications] Seiji Mizuno: "Theoretical study on resonant transmission of acoustic phonons propagating through a superlattice-liquid interface"Phys. Rev. B. 63・3. 035301/1-6 (2001)
• [Publications] Seiji Mizuno: "Acoustic phonons localized at an interface between superlattice and liquid"Applied Surface Science. (印刷中). (2002)
• [Publications] Seiji Mizuno: "Anomalous delay of phonons reflected from a surface of superlattice"Applied Surface Science. (印刷中). (2002)
• [Publications] Seiji Mizuno: "Resonant interaction of bulk phonons with phonons localized at a superlattice- liquid interface"Physica C. (印刷中). (2002)