強電場・強磁場中のドット格子のエネルギー準位と伝導現象

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07227214
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 斎藤 基彦 大阪大学, 理学部, 教授 (80012441)
• Keywords: 半導体ドット格子 / Hofstadterの状態 / Starkラダー状態 / 量子細線 / 量子化伝導

Research Abstract

2次元的半導体ドット格子の面内に強電場,面に垂直に強磁場を加えた場合の電子のエネルギー状態とバリスティック伝導における伝導度を理論的に解析した.そのために有限の大きさの2次元強束縛模型を採用して種々の物理量を数値計算した.得られた結果は
(1)磁場のみを加えた場合は良く知られているように,磁場の大きさに対していくつかのサブバンドが生ずる(Hofstadterの状態)。更に電場を加えると,各々のサブバンドに対応した数のStrakラダー状態が発生することが分かった.これらのStarkラダー状態は電場・磁場の大きさに応じて,混成するが十分強電場になるとほとんど独立のラダーとして取り扱って良いことが判明した.
(2)次に,電場と面内で垂直方向にリ-ド線を付け加え,伝導度を計算した.その結果いわゆる伝導度量子化が得られた.これは強電場の方向についてはStrakラダーによる波動関数の局在化がおこり,その垂直方向に有効的に量子細線が形成されるためであることが判明した.この量子化伝導は不純物を導入すると徐々にこわれるが磁場は量子化伝導を助ける方向に作用することが分かった.これは磁場のために生じるエッジ状態がバリスティックな伝導を助けるためである.
以上の理論的研究に対応する実験はまだなされていないが、実験技術は急激に向上しているので,近い将来対応する実験が行われることを期待したい.
また本件と関連して,液体ヘリウム面上の2次元電子系において,強磁場を加えた場合の磁気抵抗を理論的に解析した.その結果,実験で観測されているDrudeの理論からのずれが,Landauの量子化の効果を考えることにより定性的に説明できることが判明した.
これらの結果の欧文報告は現在準備中である.

Research Products

• [Publications] 中西毅: "Two-Dimensional Tight-Binding Electrons in Electric and Magnetic Fields" J. Phys. Soc. Jpn.64. 2092-2099 (1995)
• [Publications] 中西毅: "The Balllistic Transport in Crossed Electric and Magnetic Fields" 11th Int. Conf. on High Magnetic Fields in the Physics of Semiconductors. 516-519 (1995)
• [Publications] 稲葉,勝: "Neel and Singlet RVB Orders in the T-J Model" Physica. C257. 299-303 (1996)
• [Publications] 斎藤基彦: "二次元Wigner結晶の量子融解" 大阪大学低温センターだより. 91. 6-9 (1996)