2013 Fiscal Year Annual Research Report
量子ホール系におけるエッジ状態とトポロジカル励起の研究
Publicly Offered Research
| Project Area | Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries |
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| Project/Area Number |
25103722
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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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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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 量子ホール効果 / エッジ状態 / スピン拡散 / ２層系 / トポロジカル励起 |
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| Research Abstract |
量子ホール状態、特に２次元電子系を２枚近接配置した２層系を中心に、さまざまなトンネリング・エネルギーを持つ試料でランダウ準位占有率νを変化させ、電気伝導測定やマイクロ波による共鳴現象の観測を通して、エッジ状態での電子の散乱機構とエッジの動的変化過程、および半量子渦対や磁気ロトン、スカーミオンなどの量子ホール系特有のトポロジカルな励起状態の特定とその生成・消滅機構を解明する。
本年度は、２重量子井戸構造のGaAs半導体を用いて、片側の層をν＝2/3分数量子ホール状態におけるスピン転移点付近で大電流による動的スピン偏極を行い、もう一方の層でスピン偏極度を抵抗変化により検出した。その結果、スピン偏極度の時間変化は、両層間の核スピン拡散によって良く説明されることが分かった。
さらに、動的核スピン偏極によってもたらされる状態が、新奇な量子ホール絶縁体の可能性があることがわかり、また、動的核スピン偏極を行う電流の周波数を減じることによって、動的核スピン偏極による抵抗減少が生じることも分かった。
上記以外にも、グラフェンを用いた実験に着手している他、エッジとバルクとのトランスポートを分離するための新たな高移動度GaAs試料のプロセス作業を行っているところである。
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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
当初実施計画では難しいと思われていた、２重量子井戸間の層間核スピン拡散の実験結果がまとまり、Physical Review BのEditor's suggestionに選ばれた。
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| Strategy for Future Research Activity |
２層独立コンタクト試料を用いることによる各層ごとの電気伝導測定及び、抵抗検出型NMR法による各層でのスピン偏極度測定を行い、トポロジカル素励起の特定及び生成・消滅機構や、エッジ状態での散乱機構の解明を試みる。２層系ν= 1量子ホール状態では、電子密度差をつけたときの励起状態や、メロン対とソリトン格子の関連性、マイクロ波照射で動的なKosterlitz-Thouless相転移についても観測を試みる。２層系ν= 1/3分数量子ホール状態においても、マグネト・ロトンに代表されるトポロジカルな素励起や、ソリトン格子相の探索を行う。また、ν= 2/3量子ホール状態でのエッジ伝導と核スピン偏極及びドメイン構造との関係の解明や、エッジとバルクとのトランスポートを分離可能な新たにプロセスしたGaAs試料や、グラフェンにおいても実験を行う予定である。
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