ハイブリット低次元系の量子揺らぎと電子相関

• Project/Area Number: 26400307
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 羽田野 剛司 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 客員研究者 (20501662)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 泉田 渉 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (20372287)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 量子ポイントコンタクト / 量子揺らぎ / 電子相関 / 数値繰り込み群法 / 核スピン / 分数量子ホール系 / 光学フォノン / 2重及び3重量子井戸 / 超微細相互作用

Outline of Annual Research Achievements

低次元系における電子の量子揺らぎと少数電子間のクーロン相互作用(電子相関)により生じる電気伝導特性への影響を理論的及び実験的に調べた。
(1)量子ポイントコンタクト間の量子揺らぎによるトンネル効果と電子相関の関係を明らかにするため、2重結合及び3重結合量子ポイントコンタクトの作製を行った。さらに2重及び3重結合量子ポイントコンタクトの1.5Kで動作を確認した。詳細なトンネル効果と電子相関の関係を明らかにするためには、希釈冷凍機を用いた100mK以下の測定を行う必要がある。(2)低次元電子相関を解析するために、数値繰り込み群法に基づいた数値計算プログラムの作成を行った。また、現実の系に対して電子相関等の理論的な取り扱いを行うには、主要な状態を抜き出すことが有効である。この観点より、角運動量を用いたモード展開の定式化を行った。具体例として、定式化をカーボンナノチューブに適用することで、有効一次元格子モデルの具体的な表式を与えた。(3)2重量子井戸構造を用いて結合量子ホール系を実現し、核スピンの拡散係数異方性を昨年度明らかにした。この異方的な拡散効果を利用して、分数量子ホール系と核スピンの相互作用について明らかにした。(4)3重量子井戸構造を用いることにより、3重結合量子ホール系を実現し、その電気伝導特性を調べた。その結果、トンネル効果と電子相関を制御することにより、強磁性状態や一重項状態を実現できることがわかった。(5)直列2重量子ドットの電気伝導特性において、光学フォノンを吸収した場合においても電子波のコヒーレンス性が保たれることが明らかにした。
上記の研究を通して、2本の論文、7件の国際学会及び3件の国内学会の発表を行った。

Research Products

• [Journal Article] Vanishing current hysteresis under competing nuclear spin pumping processes in a quadruplet spin-blockaded double quantum dot (2015)
  • Author(s): Shinichi Amaha, Tsuyoshi Hatano, Seigo Tarucha, James A. Gupta and David Guy Austing
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 106 Issue: 17 Pages: 172401-172401
  • DOI: 10.1063/1.4919101
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Valley coupling in finite-length metallic single-wall carbon nanotubes (2015)
  • Author(s): W. Izumida, R. Okuyama, R. Saito
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 91 Issue: 23 Pages: 235442-235442
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.235442
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Anisotropic nuclear-spin diffusion in double quantum wells (2015)
  • Author(s): T. Hatano, W. Kume, S. Watanabe, K. Akiba, K. Nagase, and Y. Hirayama
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 91 Issue: 11 Pages: 115318-115318
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.115318
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mechanical resonance characteristics of a cylindrical semiconductor heterostructure containing a high-mobility two-dimensional electron gas (2014)
  • Author(s): Okamoto, H; Izumida, W; Hirayama, Y; Yamaguchi, H; Riedel, A; Friedland, KJ
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 89 Issue: 24 Pages: 245304-245304
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.245304
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Valley coupling in finite-length single-wall carbon nanotubes and effective one-dimensional lattice model (2015)
  • Author(s): Wataru Izumida, Rin Okuyama, Riichiro Saito
  • Organizer: International Workshop : Quantum Nanostructures and Electron-Nuclear Spin Interactions
  • Place of Presentation: 東北大学（片平キャンパス）
  • Year and Date: 2015-10-20
• [Presentation] 三層量子井戸におけるν=2のスピン状態遷移と核スピン効果 (2015)
  • Author(s): 天羽真一, 中島峻, 樽茶清悟, 羽田野剛司
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（千里山キャンパス）
  • Year and Date: 2015-09-19
• [Presentation] 有限長金属型カーボンナノチューブにおける谷間結合と有効一次元格子モデルによる解析 (2015)
  • Author(s): 泉田 渉, 奥山 倫, 齋藤 理一郎
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（千里山キャンパス）
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] 二重量子ドットにおけるコヒーレントな光学フォノン支援伝導 (2015)
  • Author(s): 奥山 倫, 天羽真一, 羽田野剛司, 泉田 渉, 樽茶清悟, 江藤幹雄
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（千里山キャンパス）
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] Spin state transitions and interlayer charge transfer in a triple-layered quantum Hall system (2015)
  • Author(s): Shinichi Amaha, Takashi Nakajima, Seigo Tarucha and Tsuyoshi Hatano
  • Organizer: Joint Conference: The 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21) and the 17th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-17)
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(仙台市)
  • Year and Date: 2015-07-30
• [Presentation] Degeneracy lift of energy levels in finite-length metallic single-wall carbon nanotubes (2015)
  • Author(s): Wataru Izumida, Rin Okuyama and Riichiro Saito
  • Organizer: Joint Conference: The 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21) and the 17th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-17)
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(仙台市)
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Hyperfine-Mediated Nuclear Spin Diffusion in Fractional-Quantum-Hall Domain Phases (2015)
  • Author(s): Satoru Miyamoto, Shinji Watanabe, Tsuyoshi Hatano, Mohammad H. Fauzi and Yoshiro Hirayama
  • Organizer: Joint Conference: The 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21) and the 17th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-17)
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(仙台市)
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Coherent Tunneling in Double Quantum Dot with LO-Phonon Emission (2015)
  • Author(s): Rin Okuyama, Shinichi Amaha, Tsuyoshi Hatano, Wataru Izumida, Seigo Tarucha and Mikio Eto
  • Organizer: Joint Conference: The 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21) and the 17th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-17)
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(仙台市)
  • Year and Date: 2015-07-27
• [Presentation] Valley coupling in finite-length metallic single-wall carbon nanotubesalley coupling in finite-length metallic single-wall carbon nanotubes (2015)
  • Author(s): Wataru Izumida, Rin Okuyama and Riichiro Saito
  • Organizer: The 16th International Conference on the Science and Application of Nanotubes (NT15)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2015-06-30
• [Presentation] Valley coupling, spin-orbit interaction and vernier-scale-like spectrum in finite-length metallic single-wall carbon nanotubes (2015)
  • Author(s): Wataru Izumida, Rin Okuyama and Riichiro Saito
  • Organizer: The ninth of the annual ISSP International symposium on New Perspectives in Spintronic and Mesoscopic Physics (NPSMP2015)
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所
  • Year and Date: 2015-06-11
• [Presentation] 3層量子井戸における量子ホール効果 (2015)
  • Author(s): 天羽真一，羽田野剛司，中島峻，河野公俊，樽茶清悟
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 分数量子ホールドメインにおける電流誘起核スピン分布 (2015)
  • Author(s): 宮本聡，羽田野剛司，M.H. Fauzi，渡辺信嗣，平山祥郎
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] Spin state transitions and interlayer charge transfer in a triple-layered quantum Hall system (2015)
  • Author(s): S. Amaha, K. Kono, T. Nakajima, S. Tarucha and T. Hatano
  • Organizer: International Symposium on Quantum System and Nuclear Spin Related Phenomena
  • Place of Presentation: 蔵王ロイヤルホテル(宮城県)
  • Year and Date: 2015-02-20
• [Presentation] Measurement of anisotropic nuclear spin diffusion in double quantum wells (2015)
  • Author(s): T. Hatano, K. Akiba, S. Watanabe, K. Nagase, Y. Hirayama
  • Organizer: International Symposium on Quantum System and Nuclear Spin Related Phenomena
  • Place of Presentation: 蔵王ロイヤルホテル(宮城県)
  • Year and Date: 2015-02-19
• [Presentation] Nanoscale Control of Nuclear Spins Mediated by Electrically Driven Fractional-Quantum-Hall Domain Wall Motions (2015)
  • Author(s): S. Miyamoto, S. Watanabe, T. Hatano, M. H. Fauzi, K. Nagase, and Y. Hirayama
  • Organizer: International Symposium on Quantum System and Nuclear Spin Related Phenomena
  • Place of Presentation: 蔵王ロイヤルホテル(宮城県)
  • Year and Date: 2015-02-18
• [Presentation] Interlayer charge transfer and spin state transitions in a triple-layered quantum Hall system (2014)
  • Author(s): S. Amaha, T. Hatano, T. Nakajima, K. Kono and S. Tarucha
  • Organizer: 2014 Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems (WINDS)
  • Place of Presentation: Hapuna Beach Prince Hotel (Hawaii)
  • Year and Date: 2014-12-01
• [Presentation] 量子井戸内の電子系が核スピン拡散へ与える影響 (2014)
  • Author(s): 羽田野剛司，秋葉圭一郎，渡辺信嗣，長瀬勝美，平山祥郎
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学(愛知県)
  • Year and Date: 2014-09-07