超短パルスレーザーに誘起される特異な共鳴現象の理論的解明 ～半導体におけるポーラロニック準粒子生成モデルの検証～

2017/01/10

筑波大学数理物質系の日野健一教授、長谷宗明教授、数理物質科学研究科大学院の渡辺陽平氏（D2）、計算科学研究センターの前島展也講師は、半導体に高強度超短パルスレーザーを照射直後に瞬時に発現・消失する特異なファノ共鳴現象を理論的に解明することに成功しました。

この過渡的ファノ共鳴は、パルスにより高密度励起されたキャリアと縦光学フォノンが強く結合して纏いつきあい、両モードの複合量子状態であるポーラロニック準粒子が一時的に形成された痕跡であるという仮説が、以前の実験において提唱されていました。本研究では、このモデルを理論的に定式化して、その妥当性を検証しました。さらに、ファノ共鳴特有の非対称なスペクトル形状がSiのような非極性半導体においてのみ観測され、GaAsのような極性半導体では観測されていないという実験結果を初めて再現し、その物理的起因を解明しました。

図　当該系量子ダイナミックスにおける相互作用の模式図。フェムト秒パルスレーザーを半導体結晶に照射することで、レーザー・電子相互作用によって電子・正孔対励起が引き起こされる。さらに、誘起された電子がフォノンと相互作用することによって、フォノン（格子振動）が励起される。

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