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2011 Fiscal Year Annual Research Report

電流ゆらぎ相関測定による固体素子中の量子相関の検出

Research Project

Project/Area Number 10J02344
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

知田 健作  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Keywords電流ゆらぎ測定 / 整数量子ホール効果 / 量子ホール効果ブレークダウン / 前駆現象 / 熱雑音 / 1/f雑音
Research Abstract

量子ホール状態は抵抗標準として用いられるだけでなく、次代の量子情報デバイス実現のプラットフォームとして期待される。しかし、量子ホール状態に閾値以上の電流を印加すると、量子ホール効果ブレークダウンが発生し、量子ホール状態は崩壊してしまう。本研究では、量子ホール状態にあるGaAs/A1GaAs半導体ヘテロ界面に生成する2次元電子系に大電流を流し、電流ゆらぎ測定を行った。実験は図1に示す希釈冷凍機を用いたクロスコリレーション法、および温度可変インサートを用いたLC共鳴法というふたつの方法で行った。得られた結果を図2に示す。これらの結果から、量子ホール効果ブレークダウンに伴って発生する電流ゆらぎが電子系の加熱によるものであることが示唆される。図3に示すのは、前駆領域における電流ゆらぎの経時変化である。これより、量子ホール効果ブレークダウンが局在準位への電子遷移が契機となり発現する現象であることが示唆される。本成果は電流ゆらぎ測定が非平衡系における電子状態を検出するツールとして非常に優れたものであることを示しており、本研究の課題である電流ゆらぎ相関の測定を通した量子相関の検出への基礎となるものである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

非平衡状態における量子ホール系に関する電子の振る舞いの詳細を調べる目的で、電流揺らぎ測定を行った。電子温度100mK以下を達成したうえで、入念な校正を行い、量子ホール効果ブレークダウンに伴う電流ゆらぎの発生および、その前駆現象を観測した。また、得られた電流ゆらぎの周波数依存性から、これらの電流ゆらぎが電子系の有効温度の上昇に起因することを示した。受け入れ研究者と良く議論をし、国際会議にて口頭発表を行い、論文を執筆・投稿した。論文は米国物理学会誌の速報に編集者注目論文として出版され、期待以上の研究の進展があったと認められる。

Strategy for Future Research Activity

引き続き非平衡量子ホール系の詳細の理解を目指した電流ゆらぎ測定を行って行く。また、電流ゆらぎ相関測定の技術の確立を行い、将来の固体における量子情報技術の発展の礎を築く。

  • Research Products

    (11 results)

All 2012 2011

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Shot noise induced by electron-nuclear spin-flip scattering in a nonequilibrium quantum wire2012

    • Author(s)
      Kensaku Chida, Tomonori Arakawa, Sadashige Matsuo, Yoshitaka Nishihara, Takahiro Tanaka, Daichi Chiba, Teruo Ono, Tokuro Hata, Kensuke Kobayashi, Tomoki Machida
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 85 Pages: 041309(R)

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.85.041309

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-equilibrium transport in a quantum wire in the quantum Hall regime2011

    • Author(s)
      K.Chida, M.Hashisaka, Y.Yamauchi, S.Nakamura, T.Arakawa, T.Machida, K.Kobayashi, T.Ono
    • Journal Title

      Journal of Physics : Conference Series

      Volume: 334 Pages: 334-337

    • DOI

      10.1088/1742-6596/334/1/012031

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dispersive lineshape of the resistively detected NMR in a quantum wire in the quantum Hall regime2011

    • Author(s)
      K.Chida, M.Hashisaka, Y.Yamauchi, S.Nakamura, T.Arakawa, T.Machida, K.Kobayashi, T.Ono
    • Journal Title

      AIP Conference Proceeding Series

      Volume: 1,399 Pages: 675-676

    • DOI

      10.1063/1.3666557

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nonequilibrium fluctuation relation in a quantum coherent conductor2011

    • Author(s)
      Shuji Nakamura, Yoshiaki Yamauchi, Masayuki Hashisaka, Kensaku Chida, Kensuke Kobayashi, Teruo Ono, Renaud Leturcq, Klaus Ensslin, Keiji Saito, Yasuhiro Utsumi, Arthur C.Gossard
    • Journal Title

      AIP Conference Proceeding Series

      Volume: 1,399 Pages: 329-330

    • DOI

      10.1063/1.3666387

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental test of Fluctuation Theorem in a quantum coherent conductor2011

    • Author(s)
      S.Nakamura, S, Yamauchi, Y, Hashisaka, M, Chida, K, Kobayashi, K, Ono, T, Leturcq, R., Ensslin, K., Saito, K., Utsumi, Y., A.C.Gossard
    • Journal Title

      the IEEE 21st International Conference on Noise and Fluctuations

      Volume: 5,994,319 Pages: 270-274

    • DOI

      10.1109/ICNF.2011.5994319

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sub-Poissonian Shot Noise in CoFeB/MgO/CoFeB-based Magnetic Tunneling Junctions2011

    • Author(s)
      T.Arakawa, K.Sekiguchi, S.Nakamura, K.Chida, Y.Nishihara, D.Chiba, K.Kobayashi, A.Fukushima, S.Yuasa, T.Ono
    • Journal Title

      Applied Phisics Letters

      Volume: 98 Pages: 202,103

    • DOI

      10.1063/1.3590921

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evolution of the Kondo Effect in a Quantum Dot Probed by the Shot Noise2011

    • Author(s)
      Yoshiaki Yamauchi, Koji Sekiguchi, Kensaku Chida, Tomonori Arakawa, Shuji Nakamura, Kensuke Kobayashi, Teruo Ono, Tatsuya Fujii, Rui Sakano
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 106 Pages: 176,601

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.106.176601

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluctuation theorem and microreversibility in a quantum coherent conductor2011

    • Author(s)
      Shuji Nakamura, Yoshiaki Yamauchi, Masayuki Hashisaka, Kensaku Chida, Kensuke Kobayashi, Teruo Ono, Renaud Leturcq, Klaus Ensslin, Keiji Saito, Yasuhiro Utsumi, Arthur C.Gossard
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 83 Pages: 155,413

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.83.155431

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電流ゆらぎ測定による量子ホール効果ブレークダウン前駆現象の観測II2012

    • Author(s)
      知田健作、橋坂昌幸、山内祥晃、中村秀司、荒川友紀、西原禎孝、町田友樹、小林研介、小野輝男
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      兵庫
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] 電流ゆらぎ測定による量子ホール効果ブレークダウン前駆現象の観測2011

    • Author(s)
      知田健作, 橋坂昌幸, 山内祥晃, 中村秀司, 荒川友紀, 西原禎孝, 町田友樹, 小林研介, 小野輝男
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] Precursor phenomenon of the quantum Hall effect breakdown detected by the noise measurement2011

    • Author(s)
      K.Chida, S.Nakamura, T.Arakawa, T.Nishihara, T.Machida, K.Kobayashi, T.Ono
    • Organizer
      The 19th international conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS19)
    • Place of Presentation
      Tallahassee, Florida, USA
    • Year and Date
      2011-07-25

URL: 

Published: 2013-06-26  

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