半導体超格子中の電子波束運動とサブバンド間遷移によるテラヘルツ利得の解明と制御

半导体超晶格中电子波包运动和子带间跃迁引起的太赫兹增益的阐明和控制

基本信息

批准号：
05J10614
负责人：
鵜沼毅也
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Nagoya University (2007)The University of Tokyo (2005-2006)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体超格子におけるテラヘルツ利得の物理的理解とそれに基づいた制御を行うため,フェムト秒レーザーを用いてノンドープGaAs系超格子試料から放射されたテラヘルツ電磁波を時間領域計測し,利得に重要なプロッホ振動の初期位相を継た。直流電場下で励起波長を系統的に変化させた測定から,プロッホ振動によるテラヘルツ放射は波形を強固に保つことが分かった。さらに,この波形に最大エントロピー法を適用して時間原点を精確に決定し,cos型減衰振動の電流を仮定したシミュレーションと比較すると,極めて良い一致が得られた。これらの結果から,プロッホ振動による電流が,光パルス励起の瞬間に最大値から始まる特異な位相で超格子中を流れていることが初めて明らかになった。この電流は,ミニバンド分散関係に基づく半古典的プロッホ振動モデルから予想されるものとは全く異なっている。超格子中のミニバンドは直流電場下でシュタルク梯子に分裂するが,構造の並進対称性から,全てのシュタルク準位は等価であるため常に同数の電子を持たなければならない。得られたcos型減衰振動の電流は,この境界条件によって位相を一意に制限された分極電流と解釈することができ,利得の存在に本質的であることが分かった。一般に,半導体テラヘルツ放射デバイスにおいて,電流はゼロから始まると仮定されることが多い。しかし,上記の結果は,電場印加による波動関数の局在のために電流が有限の値から始まりうるという重要な知見を与えている。本成果については,第15回半導体における非平衡キャリアダイナミクスに関する国際会議(HCIS-15),及び,第63回日本物理学会年次大会で口頭発表し,論文を執筆中である。

为了了解基于IT的半导体超晶格和控制中的Terahertz增益，使用飞秒激光器的时间域测量了从非掺杂的GAAS超级晶格样品中发出的Terahertz电磁波，并且使用飞秒激光器进行了时间域测量，并且对ProCH振动的初始阶段，这对于增益很重要，这对增益很重要。在直流电场下使用系统变化的激发波长的测量表明，由ProCH振动引起的Terahertz辐射保持了波形的稳定性。此外，当将最大熵方法应用于此波形以准确确定时间来源，并与假定COS型阻尼振荡电流的模拟相比，获得了非常好的匹配。这些结果首次揭示了由ProCH振动引起的电流在单个相位的距离瞬间从光脉冲激发的瞬间开始流过超晶格。该电流完全不同于基于小型分散关系的半古典proch振动模型的预期。超级晶格中的微型班级分为直流电场下的鲜明梯子，但是由于结构的翻译对称性，所有鲜明的水平都是等效的，因此它们必须始终具有相同数量的电子。由于该边界条件，所得的COS型阻尼振荡电流可以解释为具有独特的相相的极化电流，并且发现对增益的存在至关重要。通常，通常假定在半导体Terahertz辐射设备中，电流从零开始。但是，以上结果提供了重要的发现，即由于电场的应用，由于波函数的定位，电流可以从有限值开始。这一发现已在第15届半导体非平衡载体动力学（HCIS-15）和日本物理学会第63届年度会议上口头提出，目前正在撰写论文。