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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 AreaTopological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
Project/Area Number 25103722
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Research InstitutionHyogo Medical University

Principal Investigator

福田 昭  兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (70360633)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
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
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。

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。

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。

  • Research Products

    (19 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (14 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Interlayer Diffusion of Nuclear Spin Polarization in ν= 2/3 Quantum Hall States2014

    • Author(s)
      Minh-Hai Nguyen, Shibun Tsuda, Daiju Terasawa, Akira Fukuda, Yangdong Zheng, and Anju Sawada
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 89 Pages: 041403(R) 1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.89.041403

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin-Pseudospin Intertwined Excitation at the ν=1 Bilayer Quantum Hall State Investigated by Nuclear-Spin Relaxation2013

    • Author(s)
      S. Tsuda, D. Terasawa, M. H. Nguyen, A. Fukuda, Y. D. Zheng, T. Arai, A. Sawada and Z. F. Ezawa
    • Journal Title

      AIP Conf. Proc.

      Volume: 1566 Pages: 269-270

    • DOI

      10.1063/1.4848389

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Interlayer Transport of the Nuclear Spin Polarization in ν=2/3 Quantum Hall States2013

    • Author(s)
      S. Tsuda, M. H. Nguyen, D. Terasawa, A. Fukuda, Y. D. Zheng, T. Arai and A. Sawada
    • Journal Title

      AIP Conf. Proc.

      Volume: 1566 Pages: 293-294

    • DOI

      10.1063/1.4848401

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nuclear spin relaxation in the SU(4) spin-pseudospin intertwined skyrmion regime in theν= 1 bilayer quantum Hall state2013

    • Author(s)
      S. Tsuda, M. H. Nguyen, D. Terasawa, A. Fukuda, Z. F. Ezawa and A. Sawada
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Pages: 205103 1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.205103

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 2層グラフェンの磁気抵抗値の4He吸着による変化2014

    • Author(s)
      寺澤大樹,福田昭,大野恭秀,松本和彦
    • Organizer
      日本物理学会 第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] Spin relaxation of SU(4) skyrmions in the bilayer ν=1 quantum Hall states2013

    • Author(s)
      Akira Fukuda, Shibun Tsuda, Daiju Terasawa, Zyun F. Ezawa and Anju Sawada
    • Organizer
      新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第4回領域研究会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      20131219-20131221
  • [Presentation] 2層系量子ホール状態における層間核スピン輸送2013

    • Author(s)
      Minh-Hai Nguyen、寺澤大樹、津田是文、福田昭、澤田安樹
    • Organizer
      第18回 半導体スピン工学の基礎と応用 (PASPS-18)
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      20131209-20131210
  • [Presentation] Kosterlitz-Thouless-type pseudospin transition in the ν = 1 bilayer quantum Hall state2013

    • Author(s)
      A. Fukuda, D. Terasawa, T. Morikawa, Y. D. Zheng, and A. Sawada
    • Organizer
      International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries 2013
    • Place of Presentation
      Ginowan
    • Year and Date
      20131022-20131026
  • [Presentation] Spin relaxations in SU(4) Skyrmions in the bilayer quantum Hall system2013

    • Author(s)
      D. Terasawa, S. Tsuda, A. Fukuda, and A. Sawada
    • Organizer
      International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries 2013
    • Place of Presentation
      Ginowan
    • Year and Date
      20131022-20131026
  • [Presentation] 直流電流による量子ホール状態ν=2/3の状態変化2013

    • Author(s)
      津田是文,三谷昌平,Nguyen Minh-Hai,寺澤大樹,福田昭,澤田安樹
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] 2層グラフェンの低温における磁気抵抗の振動と弱局在効果2013

    • Author(s)
      寺澤大樹,福田昭,大野恭秀,松本和彦
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] Magnetotransport of the 4He-Adsorbed Bilayer Graphene2013

    • Author(s)
      A. Fukuda, D. Terasawa, Y. Ohno and K. Matsumoto
    • Organizer
      20th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-20)
    • Place of Presentation
      Wroclow, Poland
    • Year and Date
      20130701-20130705
  • [Presentation] Transition from weak localization to strong localization regime in the bilayer graphene2013

    • Author(s)
      D. Terasawa, A. Fukuda, Y. Ohno, and K. Matsumoto
    • Organizer
      20th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-20)
    • Place of Presentation
      Wroclow, Poland
    • Year and Date
      20130701-20130705
  • [Presentation] Current Frequency Dependence of the Resistance Enhancement in the ν = 2/3 Quantum Hall State2013

    • Author(s)
      S. Tsuda, A. Fukuda, S. Mitani , Minh Hai N., D. Terasawa and A. Sawada
    • Organizer
      20th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-20)
    • Place of Presentation
      Wroclow, Poland
    • Year and Date
      20130701-20130705
  • [Presentation] Insulating Phase in the Dynamically Nuclear Spin Polarized ν=2/3 Quantum Hall State2013

    • Author(s)
      S. Tsuda, A. Fukuda, M. H. Nguyen, D. Terasawa and A. Sawada
    • Organizer
      20th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-20)
    • Place of Presentation
      Wroclow, Poland
    • Year and Date
      20130701-20130705
  • [Presentation] Anomalous electric transport induced by dynamic nuclear polarization at the vicinity of ν=2/3 quantum Hall state2013

    • Author(s)
      S. Tsuda, D. Terasawa, S. Mitani, Minh Hai N., A. Fukuda, and A. Sawada
    • Organizer
      20th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-20)
    • Place of Presentation
      Wroclow, Poland
    • Year and Date
      20130701-20130705
  • [Presentation] Phase Transition from Quantum Hall State to Insulator State Evoked from Nuclear Polarization by Current Pumping2013

    • Author(s)
      S. Tsuda S. Mitani, M. H. Nguyen, A. Fukuda, D. Terasawa, and A. Sawada
    • Organizer
      Collaborative Conference on 3D and Materials Research (CC3DMR 2013)
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      20130624-20130628
  • [Presentation] 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2013

    • Author(s)
      福田昭
    • Organizer
      新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第13回集中連携研究会「トポロジカル電子流体の新奇現象」
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Year and Date
      20130614-20130615
  • [Remarks] 兵庫医科大学 物理学

    • URL

      http://www.hyo-med.ac.jp/faculty/course/physics.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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