研究課題/領域番号 |
05J11179
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研究種目 |
特別研究員奨励費
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配分区分 | 補助金 |
応募区分 | 国内 |
研究分野 |
数理物理・物性基礎
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研究機関 | 東京大学 |
研究代表者 |
新見 康洋 東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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研究期間 (年度) |
2005 – 2006
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研究課題ステータス |
完了 (2006年度)
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配分額 *注記 |
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2006年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2005年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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キーワード | 量子ホール効果 / グラファイト / 走査トンネル顕微鏡 / 2次元電子系 / 半導体 |
研究概要 |
磁場中2次元電子系で観測される量子ホール効果は、物性研究の中で最も基本的かつ重要な量子現象の1つであり、これまで多様な研究が行われている。一般にホール抵抗が量子化値をとる局在状態では、電子は不純物や試料端の作る等ポテンシャル線に沿って磁気長程度の幅をもって運動すると考えられているが、それを明瞭に実空間観測した例はこれまでにない。そこで本研究では、磁場中で原子分解能をもって作動する超低温走査トンネル顕微鏡を使って、高配向性熱分解グラファイト(HOPG)の表面2次元電子系における点欠陥付近の局所状態密度(LDOS)を走査トンネル分光観測した。試料一探針間のバイアス電圧を掃引すると、ランダウ準位間の谷のエネルギーでは欠陥の周りに局在した状態が、またランダウ準位のピークのエネルギーでは試料全体に広がった電子状態が交互に観測された。点欠陥付近に局在したLDOSの分布はその直上に最大振幅を、また周りに半径が磁気長程度のサテライトリングをもっている。この分布は、磁場中で1/rポテンシャルに捕獲された2次元電子ガスに対するLDOSの計算結果と定量的に一致する。また、Arイオンスパッタの手法で人工的に形成した欠陥付近でも同様の測定を行った。その結果、点欠陥付近とは異なるLDOS分布が観測され、これは調和ポテンシャル中のLDOSの計算結果と一致する。このことから、量子ホール効果における局在状態の分布は、ポテンシャルの関数型に強く依存することが分かった。さらに、スパッタによりランダムに導入された欠陥はより複雑なポテンシャルランドスケープを形成し、局在状態から非局在状態に至るまで、ポテンシャルの等高線に沿って電子状態が拡がっていくことを確認した。 またInAs/GaAs(111)A表面上に形成される2次元電子系についても同様の測定を行い、ランダウ量子化に伴うDOSのピークを観測した。しかしこの場合、InAs薄膜とGaAs基盤との間に形成される多数の転位による移動度の低下からHOPGのときのようなはっきりとした局在・非局在状態は観測されなかった。
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