動的Franz-Keldysh効果の時間分解理論及び第一原理計算

Calculations for the time-resolved dynamical Franz-Keldysh effect

乙部 智仁; 篠原 康*; 佐藤 駿丞*; 矢花 一浩; Bertsch, G. F.*

Otobe, Tomohito; Shinohara, Yasushi*; Sato, Shunsuke*; Yabana, Kazuhiro; Bertsch, G. F.*

本研究では、強い周期的電場に曝された誘電体の代表的な光物性変化であり、超高速な光スイッチに繋がる現象としても注目されている、動的Franz-Keldysh効果(DFKE)の解明を目指している。DFKEに対する理論研究は過去幾つか報告されているが、時間分解分光による誘電関数の時間変化を扱えるものは未だない状況である。我々は二つのアプローチからDFKEの理論研究を行った。まず一つ目に、時間依存密度汎関数法(TDDFT)に基づいた第一原理シミュレーションによるダイアモンドの中赤外光Pump-紫外光Probe数値実験を行った。その結果、Pump光の比較的弱いときにはDFKEによる物性変化の時間変化と、光電場の位相が大きくずれており、Pump光強度を増大させるに従って位相は一致して行くことが分かった。次に我々は、このようなPump-Probe実験に対応した誘電関数を計算する解析的理論を、Houston関数とパラボリックバンドを仮定して構築した。その結果、上記の第一原理シミュレーション結果を定性的に再現することができた。

We calculate the dynamical Franz-Keldysh effect (DFKE), the ultrafast change of the dielectric function by an intense laser field, employing the time-dependent density functional theory. Our result show that the time for the peak of the change of the dielectric function dose not coincide with the peak of the electric field. This difference decreases as the laser intensity increases. To explore this effect analytically, we construct the new time-resolved formula for DFKE. This formula reproduces our numerical results qualitatively.