賈軍軍（[元]理工学部化学・生命科学科 助教、重里研究室、[現]早稲田大学 理工学術院 国際理工センター 教授）、八木貴志（[元]理工学部化学・生命科学科 博士研究員、重里研究室、[現]産業科学総合研究所・物質計測標準研究部門 熱物性標準研究 グループ長）、キム・ミンソク（理工学部化学・生命科学科 助教、重里研究室）、重里有三（理工学研究科 機能物質創成コース 教授）らのグループが、窒化インジウム(InN)薄膜における過渡的パウリブロッキング効果の解析に成功しました。

研究成果はアメリカ物理学会が発行する"Physical Review B"に掲載されました。

論文タイトル：Transient Pauli blocking in an InN film as a mechanism for broadband ultrafast optical switching
著者：Junjun Jiaa、Minseok Kimb、Yuzo Shigesatob、Ryotaro Nakazawac、Keisuke Fukutanic、Satoshi Kerac、Toshiki Makimotoa、Takashi Yagid
掲載ジャーナル：Physical Review B

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研究概要

過渡的なパウリブロッキング効果(Pauli Blocking effect)は、半導体におけるピコ～フェムト秒レベルの超高速光スイッチングを可能にし、光励起のもとで、材料が最初は不透明な状態からある特定の波長において透明な状態に切り替わることを可能にします。これは、伝導帯の下部における電子の占有によって、一時的に特定の波長の光で電子を励起できず透過になる状態が生じるからです。縮退半導体である透明導電膜におけるバーンシュタイン・モス効果(Burstein-Moss effect)として知られている現象を本研究では窒化インジウム(InN)薄膜においてフェムト秒パルスレーザー照射により超高速で実現し詳細な解析を行いました。本研究により、超高速光スイッチングデバイスが実現され、将来的には光通信や量子コンピュータのへの応用につながることが期待されます。

※Pauliの排他原理
原子内の2つ以上のフェルミ粒子（電子など）が、同一の量子状態（4つの量子数がすべて一致する状態）を同時にとることはできないという原理。元素の周期表、電子配置、原子の安定性などを説明する基礎となっています。

※Pauli Blocking効果
高密度な電子が伝導帯に占有された半導体において、新たな電子はそこに遷移できず、光の吸収がブロックされる現象を指します。

※縮退半導体
フェルミ準位が伝導帯に深く入り込んだ状態の半導体で、金属に近い振る舞いが可能となります。代表例としてITO等の透明導電膜があげられます。

※Burstein-Moss効果
種々の酸化物系透明導電膜において、キャリア密度（自由電子密度）の増加に伴い光学的バンドギャップが広がる効果。紫外光の吸収波長の精密な制御等が可能になります。