Research Abstract
ピコ秒電場パルスによってゲート制御される並外れたキャリア増幅
Extraordinary carrier multiplication gated by a picosecond electric field pulse
2011年12月20日 Nature Communications 2 : 594 doi: 10.1038/ncomms1598
キャリア増幅の研究は、キャリア増幅が非線形輸送現象に直接影響を与えるため、多体物理や材料科学の根幹となっており、また高効率の太陽電池や電気発光素子、極めて感度の高い光子検出器の設計に重要な役割を果たしている。今回我々は、1MVcm-1の電場振幅を持つテラヘルツパルスが、DCバイアスとは異なり、相当な数の電子正孔対を生成し、近赤外光を放射する励起子を形成しうることを示す。キャリア増幅に伴う明るい発光は、強い電場によってコヒーレントに駆動されるキャリアが十分な運動エネルギーを効率的に得て、一連の衝突イオン化を生じさせ、ピコ秒の時間スケールでキャリアの数を約3桁増加させうることを示唆している。
- 京都大学 物質－細胞統合システム拠点
- 独立行政法人 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業
- 京都大学 大学院理学研究科 物理学専攻
- 広島大学 大学院先端物質科学研究科
The study of carrier multiplication has become an essential part of many-body physics and materials science as this multiplication directly affects nonlinear transport phenomena, and has a key role in designing efficient solar cells and electroluminescent emitters and highly sensitive photon detectors. Here we show that a 1MVcm-1 electric field of a terahertz pulse, unlike a DC bias, can generate a substantial number of electron–hole pairs, forming excitons that emit near-infrared luminescence. The bright luminescence associated with carrier multiplication suggests that carriers coherently driven by a strong electric field can efficiently gain enough kinetic energy to induce a series of impact ionizations that can increase the number of carriers by about three orders of magnitude on the picosecond time scale.
