半導体劈開表面に形成された新しい2次元電子系

• Project/Area Number: 18043008
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡本 徹 The University of Tokyo, 大学院・理学系研究科, 准教授 (60245371)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2007: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2006: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: 低温物性 / 表面・界面物性 / 半導体物性 / 量子閉じ込め

Research Abstract

InAs壁開表面に鉄を蒸着して表面反転層を誘起したハイブリッド系において、特定の被覆率領域で磁気抵抗曲線の明瞭なヒステリシスを観測した。1原子層以下の鉄薄膜の磁気的状態を2次元電子系の電気伝導を通じて観測した初めての研究成果である。ヒシテリシスは10K程度の温度で消失するが、これより低い温度領域で、温度変化や磁場変化の履歴による抵抗変化やその長時間緩和過程を詳細に調べたところ、鉄薄膜がスピングラス状態を形成していることを示唆する実験結果が得られた。
InAs壁開表面にアルカリ金属を蒸着した場合について、表面原子密度と2次元電子密度との関係を詳細に調べた。表面原子密度はイオンソースの積算電流から求め、2次元電子密度はホール係数から求めた。低原子密度領域においては、2次元電子密度は表面原子密度と比例して増加し、銀の場合の実験結果に対して我々が提唱したモデルとコンシステントな結果を得た。この増加は2次元電子のフェルミエネルギーが表面ドナー準位に達すると飽和する。飽和電子濃度から表面ドナー準位を導出するため、自己無撞着な計算手法を開発した。表面ドナー準位と原子のイオン化エネルギーとの関係は、これまで光電子分光から示唆されていた傾向と矛盾しないが、今回の実験結果の方が表面ドナー準位は高い。光電子分光の先行研究においては、金属蒸着は室温において行われたため、クラスター形成等の問題が生じたためだと思われる。我々の手法の方が、高精度に表面ドナー準位を求めることができるので、今後、様々な物質に対して研究を拡張する必要がある。

Research Products

• [Journal Article] Quantum Hall effect at cleaved surfaces of InAs and InSb (2008)
  • Author(s): R. Masutomi, T. Mochizuki, M. Hio, Y. Tsuji, T. Okamoto
  • Journal Title: Physica E 40 Pages: 1030-1033
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ettingshausen Effect around a Landau Level Filling Factor nu=3 Studied by Dynamic Nuclear Polarization (2007)
  • Author(s): Y. Komori, S. Sakuma, T. Okamoto
  • Journal Title: Physical Review Letters 99
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantum Hall effect at cleaved InSb surfaces and low-temperature annealing effect (2007)
  • Author(s): R. Masutomi, M. Hio, T. Mochizuki, T. Okamoto
  • Journal Title: Applied Physics Letters 90
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic nuclear polarization induced by hot electrons (2007)
  • Author(s): Y.Komori, T.Okamoto
  • Journal Title: Applied Physics Letters 90
• [Journal Article] Observation of the quantum Hall effect in cleaved InAs surfaces (2006)
  • Author(s): Y.Tsuji, T.Mochizuki, T.Okamoto
  • Journal Title: Physica E 34 Pages: 156-159
• [Journal Article] Magnetoresistance in the strongly insulating regime of GaAs two-dimensional hole systems (2006)
  • Author(s): K.Toyama, M.Ooya, T.Okamoto, Y.Hashimoto, S.Katsumoto, Y.Iye
  • Journal Title: Physica E 34 Pages: 697-700
• [Journal Article] Electrically detected electron spin resonance in a high-mobility silicon quantum well (2006)
  • Author(s): J.Matsunami, M.Ooya, T.Okamoto
  • Journal Title: Physical Review Letters 97
• [Journal Article] Magnetotransport properties of Ge channels with extremely high compressive strain (2006)
  • Author(s): K.Sawano, Y.Kunishi, Y.Shiraki, K.Toyama, T.Okamoto, N.Usami, K.Nakawaga
  • Journal Title: Applied Physics Letters 89
• [Journal Article] 半導体劈開表面の2次元電子系と量子ホール効果の観測 (2006)
  • Author(s): 岡本徹, 辻幸秀, 望月敏光
  • Journal Title: 固体物理 41 Pages: 339-344
  • NAID: 40007301243
• [Presentation] Quantum Hall effect at cleaved surfaces of InAs and InSb (2007)
  • Author(s): R. Masutomi, T. Mochizuki, M. Hio, Y. Tsuji, T. Okamoto
  • Organizer: 17th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • Place of Presentation: Genova
  • Year and Date: 2007-07-20
• [Remarks]
  • URL: http://dolphin.phys.s.u-tokyo.ac.jp/