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。

为了从物理上理解和控制半导体超晶格中的太赫兹增益，我们使用飞秒激光器在时域中测量了从非掺杂 GaAs 超晶格样品发射的太赫兹电磁波，并研究了对增益很重要的普罗赫振荡。初始阶段。在直流电场下系统地改变激发波长的测量表明，普罗赫振荡产生的太赫兹辐射保持了很强的波形。此外，对该波形应用最大熵法来精确确定时间原点，与假设余弦阻尼振荡电流的模拟相比，获得了非常好的一致性。这些结果首次揭示了由普罗赫振荡引起的电流在超晶格中流动，具有从光脉冲激发时刻的最大值开始的独特相位。该电流与基于微带色散关系的半经典Proch振荡模型所预期的电流有很大不同。超晶格中的微带在直流电场下分裂成斯塔克梯子，但由于结构的平移对称性，所有斯塔克能级都是等效的，并且必须始终具有相同数量的电子。所获得的cos型阻尼振荡的电流可以解释为极化电流，其相位唯一地受到该边界条件的限制，这对于增益的存在至关重要。通常，在半导体太赫兹辐射装置中，通常假设电流从零开始。然而，上述结果给出了一个重要的见解：由于施加的电场导致波函数局域化，电流可以从有限值开始。该结果在第15届国际半导体非平衡载流子动力学会议（HCIS-15）和第63届日本物理学会年会上口头发表，目前正在撰写论文。