1997 Fiscal Year Annual Research Report
量子ホール効果状態における光磁気抵抗変化を用いた超高感度テラヘルツ光検出器の開発
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09555108
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10183097)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
榊 裕之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226)
小宮山 進 東京大学, 大学院・総合文化研究科・教養学部, 教授 (00153677)
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| Keywords | テラヘルツ光 / 遠赤外光 / 量子ホール効果 / 半導体ヘテロ構造 / 2次元電子 / サイクロトロン共鳴 / ランダウ準位 / エッジ状態 |
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| Research Abstract |
半導体ヘテロ構造中に形成される2次元電子系に強磁場を印加すると、サイクロトロンエネルギーの間隔で隔てられた、ランダウ準位と呼ばれるこの0次元的な電子状態が形成され、それを反映して量子ホール効果という物性が発現することが知られている。本研究で我々は、量子ホール効果状態にある2次元電子系の磁気抵抗がテラヘルツ光の照射に対して、極めて高感度に変化することを見いだし、この効果を超高感度テラヘルツ光検出に利用する事について検討した。
本年度の研究成果は以下の通りである;
(1)変調ドープヘテロ構造にテラヘルツ光を照射したとき、特に量子ホール効果状態になるとき、磁気抵抗が大きく変化することを見いだした。またその光磁気抵抗変化の励起スペクトルの測定から、その発生機構として、(i)特異な状態密度を反映した光吸収による電子局在状態の変化と(ii)試料端付近の電子状態が光励起された電子-正札により変化する効果、の2種類の効果が寄与していることを明らかにした。
(2)本効果のテラヘルツ光検出器としての有効性を実証するために、その感度を測定し、最高感度約10^7V/Wを得た。この値は、市販のテラヘルツ光検出用ボロメータの感度の約100倍の値である。また本素子は、狭帯域・波長可変性を有し、動作インピーダンスも低いため、実用に向けて大いに有望であることを明らかにした。
(3)スピン分離したランダウ準位においても光磁気抵抗変化が観測され、それが試料端付近においてスピン軌道相互作用が変調される効果によるものであることを明らかにした。
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[Publications] K.Yamanaka: "Far Infrared Photoresponse of the Diagonal Magnetoresistance of the Two-Dimensional Electron System near the v=1 Spin-Gap Quantum Hall State" Physica Status Solidi(B). 204. 310-313 (1998)
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[Publications] K.Yamanaka: "Far Infrared Photoresponse of the AlGaAs/GaAs Low-Dimensional Electron Systems Constricted by Split-Gates" Soild State Electronics. (印刷中).
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[Publications] H.Sakakibara: "Interaction effects on cyclotron resonance in semiconductor double quantum well structures" Surface Science. (印刷中).
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[Publications] N.Sekine: "Terahertz emission from qunatum beats in coupled quantum wells" Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
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[Publications] Y.Shimada: "Time Constant for High-Field Domain Formation in Multiple Quantum Well Sequential Resonant Tunneling Diodes" Japanese Journal of Applied Physics. 36・3B. 1944-1947 (1997)
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[Publications] Y.Shimada: "Sequential Resonant Magnetotunneling through Landau Levels in GaAs/AlGaAs Multiple Quantum Well Structures" Physica Status Solidi(B). 204. 427-430 (1998)
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[Publications] K.Hirakawa: "Mesoscopic Physics and Electronics(分担執筆)" T.Ando et al.ed.,Springer, 282 (1998)
