チャーン・サイモン・ゲージ場の位相的構造と分数統計

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05640320
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 江沢 潤一 東北大学, 理学部, 助教授 (90133925)
• Keywords: チャーン・サイモン場 / 分数統計 / 量子ホール状態 / ジョセフソン効果 / プラズマ振動 / 複合電子模型

Research Abstract

チャーン・サイモン・ゲージ(CS)理論を用いて2層量子ホール状態を解析した。量子ホール状態は2次元電子系が垂直にかけられた磁場のもとに作る特別の秩序状態である。CS理論によれば、これは2次元電子が磁場と複合粒子(ボソン)をつくり凝縮した状態とみなせる。この様な2次元電子面を近接して平行に配置すると、各層で凝縮した電子のの位相差に対応した量子位相状態が出現する。著しい特徴はこの量子位相現象が丁度超伝導ジョセフソン接合で見出されるジョセフソン現象と極めて類似である事である。但し、定電圧回路で発生する電磁場の周波数は、単独電子の凝縮を反映して、超伝導でのそれの半分である。系の摂動的励起モードはプラズマ振動であり、非摂動的励起は位相的励起(渦糸)である。位相的励起はこの系の電気伝導に寄与し、また、温度を上げたときの系の相転位を特徴づけると考えられる。本年度はこの系に更に横磁場をかけて、基底状態がどの様に変化するか研究した。
プラズマ振動は最近のベル研究所の実験で見出された横磁場の変化に対する活性化エネルギーの特異な振る舞いと関係がある、と思われる。事実、この特異な振る舞いは従来の考え方では解明不可能である。横磁場の変化で層間量子位相状態が相転位を起こし、これによってプラズマ振動のモードに変化が起こったとすれば、実験事実をよく説明できる。これは我々の理論に対する強力な実験的サポートである。
我々の予言するジョセフソン・トンネル現象が観測されると、「分数量子ホール状態が電子単独の凝縮状態であること」が証明されることになる。これは物理学の基礎的知見としてその意義は極めて大きい。

Research Products

• [Publications] Z.F.Ezawa: "Josephson Phenomene and Ferromagnetism in Double-Layer Quantum Hall Systems" Physical Review B. (印刷中). (1995)
• [Publications] Z.F.Ezawa: "Quantum Coherent Phenomena in Bilayer Quantum Hall Systems" Japanese Journal of Applield Physics. (印刷中). (1995)