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2層系量子ホール状態におけるマクロ・コヒーレンスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 11304019
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
研究機関東北大学

研究代表者

澤田 安樹  東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90115577)

研究分担者 鈴木 勝彦  宮城工業高等専門学校, 総合科学系, 教授 (80187715)
大野 裕三  東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (00282012)
江澤 潤一  東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90133925)
研究期間 (年度) 1999 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
34,800千円 (直接経費: 33,900千円、間接経費: 900千円)
2001年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2000年度: 11,500千円 (直接経費: 11,500千円)
1999年度: 19,400千円 (直接経費: 19,400千円)
キーワード量子ホール効果 / 複合ボソン / 活性化エネルギー / 層間コヒーレンス / ボーズ凝縮 / ガリウム砒素 / 凝スピン / スピン / 擬スピン / ホールプラトー / スカーミオン
研究概要

独立2層系ν=2量子ホー状態の活性化エネルギーの横磁場依存性を測定した。それぞれの層で1層系ν=1量子ホール状態を形成しているので、1層系ν=1状態特有の熱励起であるコヒーレントなスピンの集団反転であるスカーミオン励起と同じ熱励起が期待される。しかし磁場に対する勾配から励起に関わるスピン反転数を求めると、トンネルギャップが大きい試料では2倍のスピン反転数14を得た。横磁場が大きくなるとともに、スピン反転数は7,1と減少する。1層化したν=1量子ホール状態では7である。またトンネルギャップが小さい試料ではスピン反転数14の励起はない。初めて得られたこの結果は、1層系ν=1量子ホール状態のコヒーレントなスピンの集団励起であるスカーミオンがトンネル相互作用によって、2層で同時に1層系と同じスカーミオン励起が起きていることを示す。
さらに、総電子密度と電子密度差を変えて2層系ν=2/3量子ホール状態の相図を作った。ヒステリシスと非量子ホール状態で分けられた3つの領域に量子ホール状態が形成されることが明らかになった。これら3つの量子ホール状態の領域は横磁場を加えた活性化エネルギーの測定からスピン偏極・擬スピン非偏極状態、スピン偏極・擬スピン偏極状態、スピン非偏極・擬スピン偏極状態として複合フェルミオンのエネルギー準位で定性的には説明することができる。ここで擬スピンは2層のどちらに電子が存在するかを擬スピンの値で示している。しかし定量的にはそれらの境界はサイクロトロンとトンネルエネルギーの競合、ゼーマンとサイクロトロンエネルギーの競合によって決まる。その結果得られるサイクロトロンエネルギーの再規格化定数は両境界で大きな不一致を示し、これまで考慮されなかった複合フェルミオンの相互作用が重要であることを実験結果は示した。

報告書

(4件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (52件)

  • [文献書誌] A.Sawada: "Inter layer coherence in the ν=1 and ν=2 bilayer quantum Hall states"Phys. Rev. B. 59. 14888-14891 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Sawada: "New "coherent" bilayer quantum Hall states"Quantum Coherence and Decoherence North-Holl and Delta series. 207-210 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Muraki: "Interlayer charge transfer in bilayer quantum Hall states at various filling factors"Solid Stae Commun.. 112. 625-629 (1999)

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  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Spin-pseudospin coherence and CP(3) skyrmions in bilayer quantum Hall ferromagnets"Phys. Rev. Lett.. 82. 3512-3515 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Sasaki: "Thermal and tunneling pair creation of quasiparticles in quantum Hall systems"Phys. Rev. B. 60. 8811-8816 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Skyrmions and quantum Hall ferromagnets in improved composite-boson theory"J. Phys. Soc. Jpn.. 68. 576-585 (1999)

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  • [文献書誌] A.Sawada: "Bilayer ν=2 quantum Hall state in parallel high magnetic field"Physica E. 6. 615-618 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Quantum coherence and Skyrmion textures in bilayer quantum Hall systems"Physica E. 6. 640-644 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Kumada: "Doubly enhanced Skyrmions in ν=2 bilayer quantum Hall states"J. Phys. Soc. Jpn.. 69. 3178-3181 (2000)

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  • [文献書誌] N.Kumada: "Skyrmion excitations in monolayer ν=1 and bilayer ν=2 quantum Hall states"Proc. of the 25th Inter. Conf. on the Phys. of Semiconductors. 935-936 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kimura: "Metal-organic VPE, growth of electron mobility enhanced GaInP/GaInAs pseudomorphic two-dimensional FET structure"Journal of Crystal Growth. 221. 713-716 (2000)

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  • [文献書誌] N.Kumada: "Preferred number of flipped spins in Skyrme excitation"Physica B. 298. 169-172 (2001)

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  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Interlayer coherent phenomena in bilayer quantum Hall Systems"Physica B. 294-295. 463-466 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 江澤潤一: "2層量子ホール系における層間コヒーレント現象"日本物理学会誌. 56. 334-338 (2001)

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  • [文献書誌] N.Kumada: "Various phase transitions in ν=2/3 bilayer quantum Hall states"Physica E.

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  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "SU(4) quantum coherence and interlayer tunneling in bilayer quantum Hall systems"Physica E.

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  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "integer and fractional quantum Hall effects in bilayer electron systems"Journal of Physics and Chemistry of Solids.

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  • [文献書誌] A. Sawada: "Interlayer coherence in the ν=1 and ν=2 bilayer quantum Hall states"Phys. Rev. B. 59. 14888-14891 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Sawada: "New "coherent" bilayer quantum Hall states"Quantum Coherence and Decoherence North-Holl and Delta Series. 207-210 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Muraki: "Interlayer charge transfer in bilayer quantum Hall statesat various filling factors"Solid State Commun.. 112. 625-629 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z. F. Ezawa: "Spin-pseudospin coherence and CP(3) skyrmions in bilayer quantum Hall ferromagnets"Phys. Rev. Lett.. 82. 3512-3515 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Sasaki: "Thermal and tunneling pair creation of quasiparticles in quantum Hall systems"Phys. Rev. B. 60. 8811-8816 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z. F. Ezawa: "Skyrmions and quantum Hall ferromagnets in improved composite-boson theory"J. Phys. Soc. Jpn.. 68. 576-585 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Sawada: "Bilayer ν=2 quantum Hall state in parallel high magnetic field"Physica E. 6. 615-618 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z.F. Ezawa: "Quantum coherence and Skyrmion textures in bilayer quantum Hall systems"Physica E. 6. 640-644 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N. Kumada: "Doubly enhanced Skyrmions in ν=2 bilayer quantum Hall states"J. Phys. Soc. Jpn.. 69. 3178-3181 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N. Kumada: "Skyrmion excitations in monolayer ν=1 and bilayer ν=2 quantum Hall states"Proc. of the 25th Inter. Conf. on the Phys. of Semiconductors. 935-936 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Kimura: "Metal-organic VPE growth of electron mobility enhanced GaInP/GaInAs pseudomorphic two-dimensional FET structure"Journal of Crystal Growth. 221. 713-716 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N. Kumada: "Preferred number of flipped spins in Skyrme excitation"Physica B. 298. 169-172 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Interlayer coherent phenomena in bilayer quantum Hall systems"Physica B. 294-295. 463-466 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Interlayer coherent phenomena in bilayer quantum Hall systems (Japanese)"Butsuri. 56. 334-337 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N. Kumada: "Various phase transitions in ν=2/3 bilayer quantum Hall states"Physica E.

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z. F. Ezawa: "SU(4) quantum coherence and interlayer tunneling in bilayer quantum Hall systems"Physica E.

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z. F. Ezawa: "Integer and fractional quantum Hall effects in bilayer electron systems"Journal of Physics and Chemistry of Solids.

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Integer and fractional quantum Hall effects in bilayer electron systems"Journal of Physics and Chemistry of Solids.

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "SU(4) quantum coherence and interlayer tunneling in bilayer quantum Hall systems"Physica E.

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] N.Kumada: "Various phase transitions in ν=2/3 bilayer quantum Hall state"Physica E.

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Interlayer coherent phenomena in bilayer quantum Hall systems"Physica B. 294--295. 463-466 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] N.Kumada: "Preferred number of flipped spins in Skyrme excitation"Physica B. 298. 169-172 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Interlayer exchange interactions, SU(4) soft waves, and skyrmions in bilayer quantum Hall ferromagnets"Physical Review B. 65. 75311-75321 (2002)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Quantum Coherence and Skyrmion Texteres in Bilayer Quantum Hall Systems"Physica E. 6・1-4. 640-644 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] A.Sawada: "Bilayer n=2 Quantum Hall State in Parallel High Magnetic Field"Physica E. 6・1-4. 615-618 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] N.Kumada: "Doubly Enhanced Skyrmions in ν=2 Bilayer Quantum Hall States"Journal of the Physical Society of Japan. 69・10. 3178-3181 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kasaya: "Crystal electric field and quadrupole ordering in semiconducting PrPtBi"Phsica B. 281&282. 579-580 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 澤田安樹: "実験物理学講座 第12巻「実験環境技術」希釈冷凍機"丸善. 20 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Muraki: "Interlayer charge transfer in bilayer quantum Hall states at various filling factors"Solid State Communications. 112・11. 625-629 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Quantum Coherence and Skyrmion Texteres in Bilayer Quantum Hall Systems"Physica E. 6・1-4. 640-644 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] A.Sawada: "Bilayer v=2 Quantum Hall State in Parallel High Magnetic Field"Physica E. 6・1-4. 615-618 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] A.Sawada: "Interlayer Coherence in the v=1 and v=2 Bilayer Quantum Hall States"Physical Review B. 59・23. 14888-14891 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] A.Sawada: "Dilatometry of the Heavy-Fermion Superconductor Upt_3"Japanese Journal of Applied Physics. Series11. 50-52 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Z.F.Ezawa: "Spin-Pseudospin Coherence and CP^3 Skyrmions in Bilayer Quantum Hall Ferromagnets"Physical Review Letters. 82・26. 3512-3515 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 澤田 安樹: "実験物理学講座12 実験環境技術"丸善株式会社. 19 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2020-05-15  

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