電流ゆらぎ測定によるスピン依存伝導の検出とその制御

• Project/Area Number: 13J00185
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nanostructural science
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 西原 禎孝 京都大学, 理学研究科, 特別研究員DC2
• Project Period (FY): 2013 – 2014
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 電流ゆらぎ / 量子ポイントコンタクト / 電子発熱 / 電流雑音 / メゾスコピック系 / スピン分極

Outline of Annual Research Achievements

近年、量子効果を積極的に利用した素子の開発が積極的に行われており、中でも、スピン軌道相互作用が強く働くInGaAs半導体を母材料とする素子が注目を集めている。このInGaAsを微細加工したメゾスコピック素子は、スピンに依存する特徴的な電子輸送現象が現れることから、現在盛んに研究が行われている。一方で、メゾスコピック系に現れる量子効果を検出する手段として、電流の時間的なゆらぎ、すなわち電流雑音が注目されている。中でも、伝導電子の分配過程に起因するショット雑音は、電子の挙動に関する詳細な情報を内包しており、これを用いることで、例えば、素子を伝導する電子のスピンに関する情報を得られることが予想される。本研究では、InGaAsに作製した量子ポイントコンタクト(QPC)においてスピン分極した電流を生成し、ショット雑音によるその分極率の検出を目指した。
これまでの研究で、InGaAs上のQPCにおけるショット雑音測定からスピン分極率の導出に成功したが、それと共に高伝導度領域においてショット雑音が理論で予測される値より大きくなる様子が見られた。基礎応用両面からこの現象の詳細な理解は重要であるため、その検証に当たって、非常に高い移動度をもつクリーンなGaAsに作製したQPCにおけるショット雑音測定を行った。その結果、このショット雑音の増大が電子発熱によるのもであるとする先行研究を支持する振舞いが得られると共に、その発熱のメカニズムに関する知見が得られた。この高移動度QPCにおける電子発熱の検証に関して、2度の国内学会での発表と、1度の国際会議における口頭発表を行った。

Research Progress Status

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Avalanche electron bunching in Corbino disk in quantum Hall effect breakdown regime (2014)
  • Author(s): K. Chida, T. Hata, T. Arakawa, S. Matsuo, Y. Nishihara, T. Tanaka, T. Ono, and K. Kobayashi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 89 Issue: 23
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.235318
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Leak current estimated from the shot noise in magnetic tunneling junctions (2014)
  • Author(s): T. Tanaka, T. Arakawa, M. Maeda, K. Kobayashi, Y. Nishihara, T. Ono, T. Nozaki, A. Fukushima, S. Yuasa
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 105 Issue: 4
  • DOI: 10.1063/1.4891556
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Shot noise at the quantum point contact in InGaAs heterostructure (2013)
  • Author(s): Y. Nishihara, S. Nakamura, K. Kobayashi, T. Ono, M. Kohda, J. Nitta
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1566 Pages: 311-312
  • DOI: 10.1063/1.4848410
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cryogenic amplifier for shot noise measurement at 20 mK (2013)
  • Author(s): T. Arakawa, Y. Nishihara, M. Maeda, S. Norimoto, K. Kobayashi
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 103 Issue: 17
  • DOI: 10.1063/1.4826681
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 超高移動度量子細線における電流雑音の増大の観測 (2014)
  • Author(s): 西原禎孝, 小野輝男, 荒川智紀, 田辺賢士, 田中崇大, 則元将太, 小林研介, Thomas Ihn, Clemens Rössler, Klaus Ensslin
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道)
  • Year and Date: 2014-09-19
• [Presentation] 高移動度二次元電子系に作製された量子細線における電流揺らぎの測定Ⅱ (2014)
  • Author(s): 西原禎孝, 小野輝男, 荒川智紀, 田辺賢士, 田中崇大, 則元将太, 小林研介, Thomas Ihn, Clemens Rössler, Klaus Ensslin
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学(愛知)
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] Precise shot noise measurement in a clean quantum point contact (2014)
  • Author(s): Y. Nishihara, T. Ono, T. Arakawa, T. Tanaka, S. Norimoto, K. Kobayashi, T. Ihn, C. Rössler, K. Ensslin
  • Organizer: ICPS2014
  • Place of Presentation: USA, テキサス州, オースティン
  • Year and Date: 2014-08-12
• [Presentation] 高移動度二次元電子系に作製された量子細線における電流揺らぎの測定 (2014)
  • Author(s): 西原禎孝, 小野輝男, 荒川智紀, 田辺賢士, 田中崇大, 則元将太, 小林研介, T. Ihn, C, Rössler, K. Ensslin
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学(神奈川)
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] 二次元正孔系に作製された量子細線における電流揺らぎの測定II (2013)
  • Author(s): 西原禎孝, 小野輝男, 前田正博, 荒川智紀, 田中崇大, 則元将太, 小林研介, Y. Komijan, K. Ensslin, D. Reuter, A. D. Wieck
  • Organizer: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学(徳島)
  • Year and Date: 2013-09-25
• [Presentation] Shot noise measurement at a quantum point contact on a two-dimensional hole gas (2013)
  • Author(s): Y. Nishihara, K. Chida, T. Arakawa, S. Matsuo, T. Tanaka, K. Kobayashi, T. Ono, Y. Komijani, T. Ihn, K. Ensslin, D. Reuter, A. D. Wieck
  • Organizer: IXth Rencontres du Vietnum
  • Place of Presentation: ベトナム、クイニョン
  • Year and Date: 2013-08-06
• [Presentation] Shot noise of a quantum point contact on a two-dimensional hole gas (2013)
  • Author(s): Y. Nishihara, K. Chida, T. Arakawa, S. Matsuo, T. Tanaka, K. Kobayashi, T. Ono, Y. Komijani, T. Ihn, K. Ensslin, D. Reuter, A. D. Wieck
  • Organizer: EP2DS. 20
  • Place of Presentation: ポーランド、ヴロツワフ
  • Year and Date: 2013-07-02