2015 Fiscal Year Research-status Report
磁場中の2次元電子系におけるエッジ状態のダイナミクスとその応用
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15K05135
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| Research Institution | Hyogo Medical University |
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Principal Investigator |
福田 昭 兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (70360633)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺澤 大樹 兵庫医科大学, 医学部, 助教 (90589839)
佐々木 豊 京都大学, 理学部, 教授 (60205870)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子ホール効果 / 核スピン / 2次元電子系 / グラフェン / エッジ状態 / 動的核スピン偏極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子ホール状態に代表される磁場中の２次元電子系では、１次元エッジ状態やトポロジカル励起の研究に理想的であり、最近の我々の研究から分数量子ホール状態での動的エッジ状態変化において、核スピンが多様で重要な役割を果たすことが分かってきた。本研究では、高移動度を持つGaAs 量子井戸構造を用い、ホールバー形状だけではなくエッジの効果を排除したコルビノ形状も併用して、電気伝導測定やマイクロ波への伝導応答の観測を行い、エッジ状態での電子の散乱機構とその動的変化過程、および関連するトポロジカルな励起状態とその生成・消滅機構を解明する。本年度は、東京大学物性研究所において、ホールバー形状およびコルビノ形状の２次元電子気体の同時伝導度測定が可能な試料のデバイス化を行った。その結果、高い移動度を持つとともに、3He冷凍機温度である超低温まで磁気抵抗およびホール抵抗が観測可能な試料の作成に成功した。
一方、核スピンを表面修飾により注入したグラフェンや、２次元電子系を近接配置した２層系においても、エッジ状態の動的変化およびトポロジカル励起のダイナミクスの研究を行うのがもう一つの目的であるが、本年度は、表面に不活性ガスであるヘリウム原子やアルゴン原子を吸着させ、量子ホール域を含む高磁場での磁気輸送特性の変化を観測した。現在実験を実施中であり、primitiveな段階ではあるが、原子の種類によって、量子輸送特性が変化するという極めて興味深い結果が出始めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
高移動度を持つGaAs量子井戸構造を用いた動的核スピン偏極実験の結果は、解析が進み、実験データをかなり理解できるところまで進展した、また、GaAs量子井戸構造を持つコルビノ形状の新しい試料のデバイス化は順調に進み、間もなく本実験を実施できる状況にある。また、グラフェン試料においても量子ホール状態を観測し、こちらも順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、
１）高移動度を持つGaAs量子井戸構造を用いた動的核スピン偏極実験の結果を再現するためのシミュレーションを行い、動的核スピン偏極機構の理論的な解明をさらに行う。
２）GaAs量子井戸構造を持つコルビノ形状の新しい試料を用いて、ホールバー形状の試料のデータを比較することにより、動的核スピン偏極におけるエッジ状態の解明を行う。
３）グラフェン試料において、核スピンをもつ分子で表面修飾を行い、動的核スピン偏極に関する実験を行う。
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| Causes of Carryover |
希釈冷凍機の製作を仕様を含めて慎重に進めており、次年度以降に発注する見込みとなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
主に希釈冷凍機の製作費として使用する予定である。
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