2020 Fiscal Year Annual Research Report
Electron excitation in the quantum Hall chiral edge state by optical vortex irradiation
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18K03481
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
音 賢一 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (30263198)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光渦 / 量子ホール効果 / エッジ状態 / スピン / キラリティ / 2次元電子系 / 光起電力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光渦は、らせん状の等位相面をもち、放射状の電場や中心軸を周回する方向の回転電場が発生するキラリティを持った光であり、いわゆる光の軌道角運動量を有した電磁波である。光渦が半導体に吸収されたときに生じる励起電子の状態は、通常の光励起によるものとは異なる可能性がある。この光渦による半導体中の電子励起の際に、光渦の軌道角運動量と円偏光成分による角運動量が、電子系にどのように転写されるのかは実験的にも未解明である。さらに、電子系自身がキラリティを持つ量子ホール電子系に対する光渦励起の研究報告が無い。量子ホール電子系は強磁場によるスピン分離したランダウ量子化された状態にあるため、電子系の軌道角運動量やスピン角運動量は明確になっており、光励起によって生じたキャリアによる伝導やスピン状態を計測することで光渦との相互作用が他の系より顕著に表れるものと期待される。本研究は、光渦照射の際に、電子系に対してどのように角運動量を転写するのか、特に電子系がキラリティを有する場合にどうなるのかという、全く未解明の現象に対して実験的に調べるものである。
これまでに光渦の軌道角運動量と円偏光による角運動量が量子ホール電子系や、関連する電子励起に対してどのように影響を及ぼすのかを解明するため、光渦の顕微照射実験系の構築とその改良を行った。特に、令和2年度は試料のGaAsヘテロ構造2次元電子系の形状を様々に工夫して、光渦の光強度プロファイルと2次元電子系のエッジ状態の位置関係が実験的に最適となるように試行錯誤を行い、単なる光起電力効果による減少と分離して光渦状態および円偏光状態の制御された励起光照射による電気伝導度の変化と光起電力の変化について調べた。光渦照射による変化が強く生じる励起エネルギーと、磁気光吸収スペクトルを比較して、光渦照射による2次元電子系への影響について調べた。
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