ポーラロン
電荷担体のスピンが周囲の媒質の磁化と結合した準粒子。
ポーラロンの磁気光吸収の表式は以下の通りである。
Γ(Ω) は振動数 Ω の光に対する吸収スペクトルを与える。ここで ωc はバンドが変調を受けないとした場合(リジッドバンド)のサイクロトロン振動数である。 Σ(Ω) は「記憶関数」と呼ばれ、ポーラロンのダイナミクスを記述する。 Σ(Ω) は α や ωc 、温度にも依存する。
外部磁場がなければ(ωc = 0)、弱い結合の下でのポーラロンによる光吸収スペクトル(3式)は放射エネルギーの吸収によって決まる。吸収されたエネルギーはLOフォノンとして再放出される。結合がα ≥ 5.9にまで強くなると、ポーラロンは「緩和励起状態」(RES, relaxed excited state )と呼ばれる比較的安定な内部励起状態へと転移することができる(図2参照)。図のスペクトルでは、RESピークはフランク=コンドン型の遷移によるフォノンサイドバンド(FC)を伴っている。
Devreese、De Sitter、Goovaertsらが近似を含む経路積分のアプローチによって得た光伝導スペクトルを、ダイアグラム量子モンテカルロ法による近似を含まない数値計算と比較した結果が文献で与えられている。それによると(図3)、 α ≲ 3 {\displaystyle \alpha \lesssim 3} の場合については、数値計算によるフレーリッヒ・ポーラロンの光伝導度はDevreeseらの結果を完全に再現する。結合の強さが 3 < α < 6 の中間的な値の場合については、低エネルギーにおけるカーブと最大値の位置に関してはよく再現されている。それらを除けば、中間的な結合および強結合の領域において両アプローチの結果は定性的に異なっている。
二次元電子ガスに対する関心の高まりを受けて、二次元におけるポーラロンの性質に関する研究も盛んに行われた。2Dポーラロン系をシンプルにモデル化すると、平面に閉じ込められた一つの電子と、周囲の3D媒質の中のLOフォノン、およびそれらの間のフレーリッヒ相互作用で表すことができる。そのような2Dポーラロンに対しては3Dで成り立っていた表式は適用できない。弱結合領域にある2Dポーラロンについて、自己エネルギーと質量の近似式はそれぞれ以下のように変わる。
2Dと3Dのポーラロンの物性を関係づけるシンプルなスケーリング関係がいくつか存在することが分かっている。以下にその一例を示す。
ここで m 2 D ∗ {\displaystyle m_{\mathrm {2D} }^{*}} および m 3 D ∗ {\displaystyle m_{\mathrm {3D} }^{*}} はそれぞれ2Dおよび3Dのポーラロン質量、 m 2 D {\displaystyle m_{\mathrm {2D} }} および m 3 D {\displaystyle m_{\mathrm {3D} }} は電子のバンド質量である。
フレーリッヒ・ポーラロンを平面に閉じ込めると、実効的な電子-格子結合は強められる。しかし、この効果は多体効果による遮蔽で相殺される傾向がある。
2D系でもサイクロトロン共鳴はポーラロン効果を研究する有効な手段である。