正20面体クラスター固体のキャリアダイナミクスと電子状態の解明

阐明二十面体簇固体中的载流子动力学和电子态

基本信息

批准号：
15686026
负责人：
曽我公平
金额：
$ 18.3万
依托单位：
Tokyo University of Science (2004)The University of Tokyo (2003)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究はボロン正20面体クラスター固体において、ホール効果を暗中および光励起下で測定し、そのキャリアダイナミクスを解明することを目的としている。昨年度研究においては、ボロン正20面体クラスター固体の代表格であるβ菱面体晶ボロン(βボロン)において定常レーザー光を照射した場合の光伝導を室温から約50Kの低温に渡って測定した結果、βボロンの定常光照射下での光伝導強度は温度を下げるに従って一度減少し、約150Kを境にして再び増大することが明らかになった。この現象はβボロンの複雑な電子構造に伴う複雑な伝導機構を示唆するものであった。本年度研究においては引き続きβボロンについて、暗中および光励起下でホール効果測定を行い、そのキャリアタイプとキャリア濃度、移動度を明らかにすることによりキャリアダイナミックスの解明をさらに進めることを目的とした。ボロンは純物質半導体であるにも関わらず、抵抗が極めて高いためにこれまで室温におけるホール効果の測定が行われたことはない。本研究では試料の形状、電極の配置に工夫を施すことにより、世界で始めて純物質半導体であるボロンの暗中および光励起下におけるホール効果測定に成功した。その結果、暗中ではP型伝導が支配的であるのに対し、光励起下ではN型伝導が支配することが明らかになった。ゼーベック係数に関する既往の研究から、暗中のP型伝導は示唆されており、本研究のホール効果測定の結果はこれに一致する。光励起下のキャリアタイプについてはパルス光を励起に用いたTOF法の報告があるが、この報文ではP型伝導しか観測されていない。本研究の定常光下でN型が支配するという結果とは一見矛盾するが、これらの現象はβボロンが光励起されると励起された電子は非常に早くトラップされるか再結合し、その後の伝導はトラップからの電子の熱離脱が支配するというモデルによって矛盾無く説明できる。

这项研究旨在通过测量黑暗和光激发下的霍尔效应来阐明硼酸二十面体簇固体的载体动力学。在去年的一项研究中，β-rhombohedral硼（β-boron）的光电导率是一种代表性的硼 - 核面体簇固体，在室温下的低温下约50K处测量，并且发现在稳定的光照射下稳定的光照射下的光强度逐渐增长，并且越来越高。该现象表明一种与β-波隆复杂电子结构相关的复杂传导机制。在今年的研究中，其目的是继续测量霍尔对黑暗和光激发β-波朗的影响，并进一步阐明载体类型，载体浓度和迁移率。尽管硼是一种纯材料的半导体，但其电阻极高，因此在室温下没有测量大厅效应。在这项研究中，我们通过发明样品的形状和电极的放置，成功地测量了黑暗和光激发霍尔的效果。结果，发现P型传导在黑暗中占主导地位，而N型传导在光激发下占主导地位。先前关于Seebeck系数的研究表明，黑暗中的P型传导，本研究中HALL效应测量结果与此一致。有关于TOF方法的报告，其中脉冲光用于在光激发下激发载体类型，但在本报告中仅观察到P型传导。尽管在这项研究中，它似乎与N型优势矛盾，但这些现象可以解释这些现象，而无需通过模型进行任何矛盾，在这种模型中，当β-boron被光激发，激发电子被捕获或重新组合并非常快速，然后随后的传导受到电子从诱器的热分离而主导的。