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2012 Fiscal Year Annual Research Report

スピン軌道相互作用系におけるスピンネルンスト効果の理論と観測

Research Project

Project/Area Number 22560004
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

白崎 良演  横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (90251751)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 遠藤 彰  東京大学, 物性研究所, 助教 (20260515)
中村 浩章  核融合科学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 准教授 (30311210)
長谷川 靖洋  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60334158)
羽田野 直道  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70251402)
Project Period (FY) 2010-04-01 – 2013-03-31
Keywordsスピン軌道相互作用 / ナノワイヤ / ネルンスト熱電能 / ビスマス / InGaAs系 / シュブニコフ・ド・ハース振動
Research Abstract

本研究課題では、強磁場の下でスピン軌道相互作用(SOI)を持つ系の電子状態を調べ、熱流によってスピン流が現れる条件を明らかにすることと、SOIを持つ2次元系やナノワイヤのスピン流と磁化の関係を調べ、スピン流が関わる物理現象の検討を行うことを目的にしている。
平成24年度では、我々は強磁場下ナノワイヤのフォノンドラッグ効果と、SOIを持つ2次元電子系の電子状態を調べ、また実際のナノワイヤの電気物性を調べた。
まず、ビスマス単結晶ナノワイヤのネルンスト熱電能をフォノンドラッグ効果を考慮に入れ理論計算した。強磁場下では、磁場を変化させキャリアのランダウレベルをフェルミレベルと同程度の高さにするとネルンスト熱電能のピークが現れるが、ナノワイヤではワイヤ径を数百nmから小さくしていくと約100nmのところでピークの高さが極大になり、これより小さい径ではネルンスト熱電能が減少することを確認した。
また、InGaAs系ナノワイヤの電子状態を、SOIを考慮に入れ理論的に厳密に調べた。磁場を加えない場合では、ワイヤの横方向の境界条件によらず、キャリアの波数がゼロ付近のところで擬一次元チャンネルにギャップが現れることを確かめた。従来、このギャップは周期境界条件下かワイヤの縦方向に平行な磁場を印加した時に現れると考えられていた。このギャップの存在により、SOIを持つナノワイヤは温度勾配を加えることにより磁化を持つことが理論的に示される。
一方、我々は水晶テンプレートにより作成したビスマス単結晶ナノワイヤの電気抵抗を四端子法で測定し、更に強磁場中でのナノワイヤのシュブニコフ・ド・ハース振動を測定した。その結果、ワイヤ径が百nmから数百nm程度の範囲では、ビスマスナノワイヤのフェルミエネルギー、キャリア密度、電気抵抗はバルク単結晶のビスマスと同程度の大きさであることを確めた。

Current Status of Research Progress
Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (29 results)

All 2013 2012

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (20 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Current-induced cooling phenomenon in a two-dimensional electron gas under a magnetic field2013

    • Author(s)
      Naomi Hirayama, Akira Endo, Kazuhiro Fujita, Yasuhiro Hasegawa, Naomichi Hatano, Hiroaki Nakamura, Ryoen Shirasaki and Kenji Yonemitsu
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics

      Volume: 171巻

    • DOI

      DOI:10.1007/s10909-012-0852-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diffusion Thermopower of Quantum Hall States Measured in Corbino Geometry2013

    • Author(s)
      Shuhei Kobayakawa, Akira Endo, and Yasuhiro Iye
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 82 Pages: 053702 (1-4)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.82.053702

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Commensurability Oscillations in the Radio-Frequency Conductivity of Unidirectional Lateral Superlattices: Measurement of Anisotropic Conductivity by Coplanar Waveguide2013

    • Author(s)
      Akira Endo, Toshiyuki Kajioka, and Yasuhiro Iye
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 82 Pages: 054710 (1-7)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.82.054710

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Shubnikov-de Haas oscillations in individual single-crystal bismuth nanowires encased in quartz template2013

    • Author(s)
      Fumiaki Tsunemi, Masayuki Murata, Yusuke Saito, Katsuhito Shirota,Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 6 Pages: 045002 (1-4)

    • DOI

      10.7567/APEX.6.045002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermomagnetic Effect in the Quantum Hall System2012

    • Author(s)
      Ryoen Shirasaki, Akira Endo, Naomichi Hatano, and Hiroaki Nakamura
    • Journal Title

      Journal of ELECTRONIC MATERIALS

      Volume: 41 Pages: pp.1540-1545

    • DOI

      10.1007/s11664-011-1880-x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transport-coefficient dependence of current-induced cooling effect in a two-dimensional electron gas2012

    • Author(s)
      Naomi Hirayama, Akira Endo, Kazuhiro Fujita, Yasuhiro Hasegawa, Naomichi Hatano, Hiroaki Nakamura, Ryoen Shirasaki and Kenji Yonemitsu
    • Journal Title

      Journal of ELECTRONIC MATERIALS

      Volume: 41 Pages: pp.1535-1539

    • DOI

      10.1007/s11664-011-1850-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exact many-electron scattering states in a parallel-coupled double quantum-dot system2012

    • Author(s)
      A. Nishino, T. Imamura, N. Hatano
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 343 Pages: 012087 (1-7)

    • DOI

      10.1088/1742-6596/343/1/012087

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of bismuth nanowire encased in quartz template for Hall measurements using focused ion beam processing2012

    • Author(s)
      Masayuki Murata, Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine and Tomohiro Kobayashi
    • Journal Title

      Nanoscale Research Letters

      Volume: 7 Pages: 505 (1-6)

    • DOI

      10.1186/1556-276X-7-505

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Four-Wire Resistance Measurements of a Bismuth Nanowire Encased in a Quartz Template Utilizing Focused Ion Beam Processing2012

    • Author(s)
      Masayuki Murata, Hiroya Yamamoto, Fumiaki Tsunemi, Yasuhiro Hasegawa and Takashi Komine
    • Journal Title

      Journal of Electronic Materials

      Volume: 41 Pages: pp. 1442-1449

    • DOI

      10.1007/s11664-012-1986-9

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 開放型二重量子ドットにおける多体束縛状態と多体共鳴2013

    • Author(s)
      西野晃徳, 羽田野直道, G.Ordonez
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 (27pXX-7)
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      20130327-20130327
  • [Presentation] 量子化磁場下におけるビスマスナノワイヤの熱電特性とワイヤ径および温度依存性2013

    • Author(s)
      平山尚美, 遠藤彰, 羽田野直道
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 (27aXQ-11)
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      20130327-20130327
  • [Presentation] 熱電効果による1次元平面超格子における整合性振動の観測2013

    • Author(s)
      小池啓太,加藤悠人,遠藤彰,勝本信吾,家泰弘
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 (27aXQ-8)
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      20130327-20130327
  • [Presentation] 高周波加熱を利用した量子ホール領域での熱電効果の測定2013

    • Author(s)
      小早川周平,藤田和博,遠藤彰,家泰弘
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 (27aXQ-9)
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      20130327-20130327
  • [Presentation] 自動車渋滞現象のSOVモデルによる数値解析2013

    • Author(s)
      白崎良演, 山下彰
    • Organizer
      2012年度プラズマ-壁相互作用シミュレーション解析に関する研究会
    • Place of Presentation
      核融合科学研究所、岐阜県土岐市
    • Year and Date
      20130314-20130315
  • [Presentation] Biナノワイヤー上へのホール測定用局所電極の作製と評価2013

    • Author(s)
      村田正行,常見文昭,齋藤佑介,代田雄人,藤原啓資,長谷川靖洋,小峰啓史
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2013-03-27
  • [Presentation] 石英テンプレート中のBiナノワイヤー熱伝導率測定法の開発2013

    • Author(s)
      長谷川靖洋,谷川靖洋,常見文昭,村田正行,齋蘭右介,代田雄人,小峰啓史,DamesChris
    • Organizer
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2013-03-27
  • [Presentation] Complex eigenvalue problem of the Liouvillian of an open quantum dot system2012

    • Author(s)
      羽田野直道
    • Organizer
      Resonances and non-Hermitian systems in quantum mechanics
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      20121213-20121213
    • Invited
  • [Presentation] Complex eigenvalue problem of the Liouvillian of an open quantum system2012

    • Author(s)
      羽田野直道
    • Organizer
      Many-body Open Quantum Systems: From Atomic Nuclei to Quantum Optics
    • Place of Presentation
      イタリアECT*, イタリア
    • Year and Date
      20120928-20120928
    • Invited
  • [Presentation] 二重量子ドットにおける多電子散乱状態の厳密解2012

    • Author(s)
      西野晃徳, 羽田野直道
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会 (21aAA-4)
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120921-20120921
  • [Presentation] 4接合磁束量子ビットのラビ振動シミュレーション2012

    • Author(s)
      川原眞実加、島津佳弘、白崎良演
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会(20pPSA-2)
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120920-20120920
  • [Presentation] リウビリアンの複素固有値問題を無近似で解く2012

    • Author(s)
      羽田野直道
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会 (20aAF-5)
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120920-20120920
  • [Presentation] 量子ホール領域におけるペルチェ効果の観測2012

    • Author(s)
      藤田和博,遠藤彰,家泰弘,勝本信吾
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会 (18pFB-6)
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120918-20120918
  • [Presentation] Complex Eigenvalue Problem of the Hamiltonian and the Liouvillian of a Open Quantum Dot System2012

    • Author(s)
      羽田野直道
    • Organizer
      Non-Hermitian Operators in Quantum Physics
    • Place of Presentation
      パリ第7大学, フランス
    • Year and Date
      20120828-20120828
    • Invited
  • [Presentation] Biナノワイヤー熱電変換素子の抵抗率の温度依存性2012

    • Author(s)
      村田正行,常見文昭,長谷川靖洋,小峰啓史
    • Organizer
      第9回熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大
    • Year and Date
      20120827-20120827
  • [Presentation] Biナノワイヤー熱電変換素子のShubnikov-de Hass振動測定2012

    • Author(s)
      常見文昭,村田正行,長谷川靖洋,小峰啓史,遠藤彰
    • Organizer
      第9回熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大
    • Year and Date
      20120827-20120827
  • [Presentation] A process for thermal conductivity measurement of an individual bismuth nanowire in quartz template2012

    • Author(s)
      Yasuhiro Hasegawa, Masayuki Murata, Fumiaki Tsunemi, Takashi Komine, Chris Dames, Javier E. Garay
    • Organizer
      31th International Conference on Thermoelectrics
    • Place of Presentation
      デンマーク・オーボルー
    • Year and Date
      20120708-20120712
  • [Presentation] Dependence of temperature coefficient of resistivity on individual and single-crystal bismuth nanowires2012

    • Author(s)
      Masayuki Murata, Fumiaki Tsunemi, Yasuhiro Hasegawa and Takashi Komine
    • Organizer
      31th International Conference on Thermoelectrics
    • Place of Presentation
      デンマーク・オーボルー
    • Year and Date
      20120708-20120712
  • [Presentation] Exact solutions of complex eigenvalue problems of an open quantum-dot system2012

    • Author(s)
      羽田野直道
    • Organizer
      Complex Spectral Representation of the Hamiltonian and the Liouvillian in Nanoscience
    • Place of Presentation
      テキサス大学, USA
    • Year and Date
      20120518-20120518
    • Invited
  • [Presentation] Dissipative particle dynamics simulation of phase behavior and molecule bending in bolaamphiphilic solution2012

    • Author(s)
      R. Shirasaki , H. Qian, S. Fujiwara, and H. Nakamura
    • Organizer
      International Association of Colloid and Interface Scientists (IACIS 2012)
    • Place of Presentation
      仙台国際センター、宮城県仙台市
    • Year and Date
      20120513-20120518

URL: 

Published: 2014-07-24  

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