強相関シリコン二次元電子系における量子相転移

• Project/Area Number: 20029005
• 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): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥6,500,000); Fiscal Year 2009: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2008: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: 低温物性 / 表面・界面物性 / 半導体物性 / 強相関電子系

Research Abstract

世界最高移動度を誇るSi/SiGeヘテロ接合二次元電子系試料に対して、(1)金属・絶縁体領域転移におけるサイクロトロン共鳴の実験と、(2)谷分離と量子井戸幅との関係を調べるための実験、を行った。
(1) に関しては、自作した高感度ボロメータを用いて100GHzのミリ波の透過強度の磁場依存性から、サイクロトロン共鳴吸収線幅を得た。線幅から求めた散乱時間は温度の低下とともに増大し、電気抵抗から得られる散乱時間と、似通った絶対値および温度依存性を示した。100GHzにおける光子のエネルギーは、金属的振る舞いが顕著に観測される温度領域での熱エネルギーよりも高い。実験結果は、散乱時間やその金属的温度依存性が、振動電場のエネルギースケールに依存しないことを示唆する。
(2) に関しては、井戸幅の異なる4つの試料に対して、磁場中の電気伝導測定を行った。まず、谷分離に相当するランダウ準位充填率ν=1での縦抵抗の極小値の温度依存性から活性化エネルギーを求めた。井戸幅4nmおよび5.3nmの試料における活性化エネルギーは、井戸幅10nmおよび20nmの試料における活性化エネルギーよりも一桁程度大きかった。こうして得られた活性化エネルギーには、電子相関による増強効果も含まれるため、谷分離エネルギーに1対1に対応させることはできないが、さらにゼーマン分離エネルギーと比較することにより、裸の谷分離エネルギーのおおよその値を得ることができた。裸の谷分離エネルギーと井戸幅との関係に関しては、シリコン中の電子スピンを量子計算に応用した場合のデゴヒーレンスの問題と関連して近年注目され、多くの計算が行われてきたが、今回初めて検証実験が行われた。

Research Products

• [Journal Article] Cyclotron resonance of two-dimensional electrons in a Si quantum well (2010)
  • Author(s): R.Masutomi, K.Toyama, K.Sasaki, K.Sawano, Y.Shiraki, T.Okamoto
  • Journal Title: Physics E 42 Pages: 1184-1187
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Insulating phases induced by crossing of partially filled Landau levels in a Si quantum well (2009)
  • Author(s): T.Okamoto, K.Sasaki, K.Toyama, R.Masutomi, K.Sawano, Y.Shiraki
  • Journal Title: Physical Review B 79
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Well-width dependence of valley splitting in Si/SiGe quantum wells (2009)
  • Author(s): K.Sasaki, R.Masutomi, K.Toyama, K.Sawano, Y.Shiraki, T.Okamoto
  • Journal Title: Applied Physics Letters 95
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alkali-metal-induced Fermi-level and twodimensional electrons at cleaved InAs(110) surfaces (2008)
  • Author(s): M. Minowa, R. Masutomi, T. Mochizuki, T. Okamoto
  • Journal Title: Physical Review B 77
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic Transport Properties of the Ising Quantum Hall Ferromagnet in a Si Quantum Well (2008)
  • Author(s): K. Toyama, T. Nishioka, K. Sawano, Y. Shiraki, T. Okamoto
  • Journal Title: Physical Review Letters 101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for Two-Dimensional Spin-Glass Ordering in Submonolayer Fe Films on Cleaved InAs Surfaces (2008)
  • Author(s): T. Mochizuki, R. Masutomi, T. Okamoto
  • Journal Title: Physical Review Letters 101
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Landau level crossing and pseudospin phase transitions in Si quantum wells (2009)
  • Author(s): K.Sasaki, R.Masutomi, K.Toyama, K.Sawano, Y.Shiraki, T.Okamoto
  • Organizer: 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • Place of Presentation: Kobe, Japan
  • Year and Date: 2009-07-23
• [Presentation] Alkali Metal Induced Two Dimensional Electron Systems at Cleaved Surfaces of In (2008)
  • Author(s): R. Masutomi, M. Minowa, T. Mochizuki, T. Okamoto
  • Organizer: 29th International Conference on the Physics of Semiconductors
  • Place of Presentation: Rio de Janeiro, Brazil
  • Year and Date: 2008-07-29
• [Remarks]
  • URL: http://dolphin.phys.s.u-tokyo.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://dolphin.phys.s.u-tokyo.ac.jp/