2002 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ波を用いた2層系量子ホール状態における巨視的量子コヒーレンスの観測
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14340088
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
澤田 安樹 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90115577)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊田 倫雄 日本学術振興会, 特別研究員
中島 龍也 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70281962)
江澤 潤一 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90133925)
平山 祥郎 NTT物性科学基礎研究所, 量子物性研究部, 部長
鈴木 勝彦 宮城工業高等専門学校, 総合科学系数理科, 教授 (80187715)
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| Keywords | 量子ホール効果 / 複合ボソン / 複合フェルミオン / 層間コヒーレンス / 活性化エネルギー / ガリウム砒素 / 擬スピン / スピン |
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| Research Abstract |
2層系ν=1量子ホール状態において、1層化状態ではスピンの集団反転であるスカーミオン励起、2層に均等に電子が分布したバランス状態では擬スピンの集団反転励起が観測されている。そこで、それらの中間の電子密度差において励起の横磁場依存性を測定し、これら対照的な振る舞いを示す励起がどの様な経過を経て変貌していくかを調べた。その結果、中間の電子密度差ではスピンと擬スピンの混じった励起が実現していることが明らかになった。しかし、それぞれの磁場に対する振る舞いを保っていることから、単純にスピンと擬スピンのレベルクロスで説明することは難しい。このことは、励起がスピンと擬スピンを含んだ一体の励起であることを意味する。従って一層化状態で見られるスカーミオン励起とバランス状態で見られる擬スピン集団励起は、本来異なるものではなく、構成要素がスピンから擬スピンに変わっただけの、本質的に同じ励起であることを意味する。
さらに2層系ν=2/3量子ホール状態の総電子密度と電子密度差に関する相図を作製した。その結果、スピン偏極・擬スピン非偏極、スピン偏極・擬スピン偏極、スピン非偏極・擬スピン偏極の3種類の異なる量子ホール状態が存在することが明らかになった。これらの状態の存在は、定性的に相互作用の無い複合フェルミオンで理解することができる。しかし、これらの状態間の相転移点については、複合フェルミオンのサイクロトロン、ゼーマン、トンネリングエネルギーの競合によって決まるが、相互作用の無いモデルの値では説明できない。これらのエネルギーは、クーロン相互作用の影響によって大きな変更を受けていることを意味する。
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[Publications] A.Sawada: "Continuous transformation from spin-to pseudospin-type excitation"Physica E. (to be published). (2003)
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[Publications] Z.F.Ezawa: "Integer and fractional quantum Hall effects in bilayer electron systems"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 63. 1289-1296 (2002)
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[Publications] N.Kumada: "Phase diagram of interacting composite fermions in the bilayer ν=2/3 quantum Hall effect"Physical Review Letters. 89. 116802-1-116802-4 (2002)
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[Publications] Z.F.Ezawa: "SU(4) quantum coherence and interlayer tunneling in bilayer quantum Hall systems"Physica E. 12. 24-27 (2002)
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[Publications] N.Kumada: "Various phase transitions in ν=2/3 bilayer quantum Hall states"Physica E. 12. 32-35 (2002)
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[Publications] Hasebe K: "Grassmannian fields and doubly enhanced Skyrmions in the bilayer quantum Hall system at nu=2"Physical Review B. 66. 155318-1-155318-12 (2002)
