多様な形状の2次元電子系におけるエッジ状態の磁気静電容量と量子伝導による研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06238216
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 邑瀬 和生 大阪大学, 理学部, 教授 (50028164)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鷹岡 貞夫 大阪大学, 理学部, 助教授 (50135654)
• Keywords: 量子ホール効果 / エッジ状態 / 2次元電子系 / 磁気電気容量 / 磁気伝導度 / 非局所伝導 / とじ込めポテンシャル / メゾスコピック

Research Abstract

量子ホール効果の観測される条件下でのGaAs/AlGaAs2次元電子系とゲートの間の磁気電気容量の精密測定を行い、エッジ状態の空間的な拡がりについて研究した。磁気電気容量no度変化および周波数依存性を定量的に説明するモデルを提案し、実験結果と比較によりエッジ・チャネルの幅を決定した。この幅はμmのオーダで、1電子近似で考えられるサイクロトロン半径や磁気長に比べると非常に広い。また、ゲートの直流バイアス値を加えたり、光照射などにより試料端での閉じ込めポテンシャルの様子を変えると、エッジ・チャネルの幅は影響を受けることも分かった。また、磁気電気容量の測定により量子ホール・プラトー付近のバルク状態の電気伝導度σ_<xx>を10^<-12>S程度まで求めることに成功した。さらに、今年度は以下の研究も行った。
・同じ形状のGaAs/AlGaAsヘテロ接合とSi-MOS試料で非局所抵抗を測定し、エッジ・チャネルのエネルギー緩和長を調べて比較した。試料端の長さを変えたり、試料端をゲートで覆った試料についても電気伝導を測定し、閉じ込めポテンシャルと伝導の非局所性について研究した。
・アンチドット構造を持つ2次元電子系の磁気抵抗に現れる振動について、ドット構造に不規則性や非対称性を導入して調べ、磁気抵抗のパターンが電流方向に依存することを見いだした。
・バリスティック伝導領域で、斜め端子からの電子の出射分布や、磁気電子フォーカス効果に現れる電極からの再出射による電子「反射」の問題を研究した。
・多結晶Si-MOS FETにおいて、キャリア濃度により弱局在から強局在にわたる伝導を研究した。

Research Products

• [Publications] S.Takaoka: "Magnetocapacitance and the Edge State in a Two Dimensional Electron System in Quantum Hall Regime" Phys.Rev.Lett.72. 3080-3083 (1994)
• [Publications] S.Wakayama: "Investigation of Electron Emission Angular Distribution From Oblique Wire by Magnetic Electron Focusing Effect and Low Field Magnetoresistance" Solid State Commun.92. 413-417 (1994)
• [Publications] K.Oto: "Superconductivity in PtSi Ultrathin Films" J.Appl.Phys.76. 5339-5342 (1994)
• [Publications] S.Takaoka: "Mechanism of Apparent Reflection of Electrons from Extra Probes Investigated by Magnetic Electron Focusing Effect" Phys.ReV.B50. 11661-11665 (1994)
• [Publications] T.Serikawa: "Transport Properties in High Mobility Poly-Si TFTs" Ext.Abs.1994 Int.Conf.Solid State Devices and Materials. 473-475 (1994)
• [Publications] K.Oto: "Electric Capacitive Investigation of Edge Channels in Quantum Hall Regine" Proc.22nd Int.Conf.Physics of Semiconductors. (印刷中). (1995)
• [Publications] K.Tsukagoshi: "Transport Properties in Artifical Lateral Superlattice" Superlatt.and Microstruct.(印刷中). (1995)
• [Publications] K.Oto: "Evaluation of Edge Channel Width through Temperature Dependenct Capacitance Minima in Quantum Hall Regime" Physica B. (印刷中). (1995)
• [Publications] 音 賢一: "高易動度2次元電子系のバリスティック電気伝導における端子反射" 大阪大学極限物質研究センター報告書. 5. 27-31 (1995)
• [Publications] 塚越 一仁: "半導体2次元電子系における磁気電子フォーカス効果" 大阪大学低温センターだより. 87. 1-4 (1994)
• [Publications] 邑瀬 和生: "量子の世界(江尻宏泰・櫛田孝司 編)" 大阪大学出版会, 216 (1994)