多励起子系の非線形応答と巨視的量子現象のボゾン化法による研究

利用玻色子化方法研究多激子系统非线性响应和宏观量子现象

• 批准号: 02J04551
• 负责人: 奥村 暁
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J04551/
• 关键词: 半導体量子井戸; 励起子; ボゾン化; 四光波混合

半導体の1s励起子共鳴近傍における非線形光学応答の理解には、励起子間相互作用の波数依存性、スピン依存性、また励起子と光との非線形結合に関する波数依存性、スピン依存性を調べる必要がある。これに対し、いままで行われてこなかったエネルギーの高い励起子内部自由度(2s、2px、2py)まで拡張した励起子ボゾン化法を用い、ボゾン間相互作用とボゾン-光非線形結合を重いホールの極限において導出することに成功した。さらに、これらを用いて2励起子状態におけるエネルギー固有状態を求め、励起子間の断熱ポテンシャルや1励起子状態から2励起子状態への光による遷移振幅を計算した。これにより励起子間に働く弱い引力の大きさを見積もることができ、またボゾンと光の非線形結合が1s励起子のみを考慮した場合と比べ定性的に変化することも確かめることが出来た。さらに上記の結果を用いて、半導体量子井戸の励起子共鳴近傍の四光波混合信号を解析した。この時、入射レーザーパルスの偏光依存性、パルス幅、励起子の均一幅などの考慮も行った。特に入射光偏光自由度については、励起子の高いエネルギー内部自由度が重要となるco-circularのについての解析を重点的に行った。その結果、励起子の均一幅が励起子間に働く弱い引力と同等程度かそれ以下になると、時間積分四光波混合信号に対して全ての入射光遅延時間に対しての信号強度の増大、また負の入射光遅延時間におけるsteep rise信号の緩和が、さらに時間分解四光波混合信号に対しては、より遅い時間領域へのピークシフトが現れることを数値計算によって得ることが出来た。さらに解析的な手法によりこのピークシフトが励起子間の弱い引力によって支配されていることを確かめることも出来た。

为了理解半导体中1s激子共振附近的非线性光学响应，有必要研究激子-激子相互作用的波数依赖性和自旋依赖性，以及激子与光之间的非线性耦合的波数依赖性和自旋依赖性。 。另一方面，我们使用了扩展到高能激子内部自由度（2s，2px，2py）的激子玻色子化方法，迄今为止我们在 的极限内成功地推导了它。此外，我们利用这些找到了二激子态的能量本征态，并计算了激子之间的绝热势以及从一激子态到二激子态的光致跃迁幅度。这使我们能够估计激子之间作用的弱吸引力的大小，并且还证实了与仅考虑 1s 激子时相比，玻色子和光之间的非线性耦合发生了质的变化。此外，利用上述结果，我们分析了半导体量子阱激子共振附近的四波混频信号。此时，我们还考虑了入射激光脉冲的偏振依赖性、脉冲宽度和激子的均匀宽度。特别是，对于入射光的偏振自由度，我们重点关注了激子的高能内部自由度很重要的共圆分析。结果，当激子的均匀宽度变得等于或小于激子之间作用的弱吸引力时，对于时间积分四波混频信号的所有入射光延迟时间，信号强度增加，并且通过数值计算，我们发现，陡峭的上升信号在负入射光延迟时间处松弛，并且时间分辨四波混频信号出现向较慢时域的峰移。此外，使用分析方法，我们能够确认这种峰移是由激子之间的弱吸引力控制的。