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半導体における非線形電気伝導のカオス現象に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 62540264
研究種目

一般研究(C)

配分区分補助金
研究分野 物性一般
研究機関神戸大学

研究代表者

青木 和徳  神戸大学, 工学部, 助手 (80112077)

研究分担者 林 真至 (林 眞至)  神戸大学, 工学部, 助教授 (50107348)
山本 恵一  神戸大学, 工学部, 教授 (80031087)
研究期間 (年度) 1987 – 1988
研究課題ステータス 完了 (1988年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
1988年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
1987年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード非線形電気伝導 / 半導体 / GaAs / カオス / 電流フィラメント / 衝突電離 / 分岐 / 周期倍分岐 / GaAS / ヒステリシス / 外部変調 / 分岐現象 / 外因性クライシス / フーリェスペクトル
研究概要

本研究の目的は半導体(高純度GaAs)において見い出される非線形電気伝導のカオス現象について、その物理的メカニズム及び統計力学的性質(分岐現象、フラクタル次元等)を明らかにすることであった。研究計画に沿って実験及びシミュレーションをおこない、概ね研究目的が達成された。
実験は高純度n-GaAsにオーミック電極を形成し4.2Kでおこなわれた。1.2V近傍の印加電圧で中性ドナーの衝突電離過程により負性微分抵抗が生じ、電流フィラメントが形成される。静的なI-V特性はS字形で、そのヒステリシス領域においてdotacの電圧を印加し電流フィラメントの分岐現象とカオスを調べた。駆動周波数f_0(0.9MHz【less than or similar】f_0【less than or similar】1.4MHz)及び直流バイアスV_0(2.1V【less than or similar】V_0【less than or similar】2.9V)を制御パラメータとして分岐の相図を求めた結果、カオスの海に周期島が規則的に浮かんでいることがわかった。f_0を固定してV_0を増加させてゆくと1T→C→7T→C→6T→C→‥‥→3T→C→2T→1T(C:カオス)といった周期構造とカオスのくりかえしの分岐が得られた。シミュレーションでも同様の分岐図が得られ、周期島の縁ではインターミッテンシー及び周期倍分岐が認められた。実験では周期2T→1Tの周期倍分岐はスムースでなく、分岐点近傍で外因性クライシス(2Tと1Tのランダムなジャンプ)が観測された。
実験で得られたカオス振動の2次元リサージュ図形及び3次元リサージュ図形のポアンカレ切断面はシミュレーションで得られたものと酷似していた。GrassbergerとProcacciaのアルゴリズムを用いてカオス振動の相関次元を求めた結果、例えばV=2.19±0.1という値が得られた。又K_2エントロピーはK_2=0.29±0.07が得られた。このことからカオスの決定論的性質が証明された。

報告書

(3件)
  • 1988 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1987 実績報告書
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  • [文献書誌] K.Aoki.;N.Mugibayashi.;K.Yamamoto.: Physica Scripta. T14. 76-81 (1986)

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  • [文献書誌] K.Aoki.;K.Yamamoto.;N.Mugibayashi.: J.Phys.Soc.Jpn.57. 26-29 (1988)

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  • [文献書誌] K.Aoki.;N.Mugibayahsi.: Phys.Lett.128A. 349-353 (1988)

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  • [文献書誌] K.Aoki.;N.Mugibayashi.: Appl.Phys.A48. (1989)

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  • [文献書誌] K.Aoki.;K.Yamamoto.: Appl.Phys.A48. (1989)

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  • [文献書誌] K.Aoki.;K.Yamamoto.;N.Mugibayashi.: Proc.19th Int.Conf.Phys.Semicond.(Warsaw). (1989)

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  • [文献書誌] K. Aoki; N. Mugibayashi; K. Yamamoto: "New Bifurcation Routes to Chaos of a Driven Current Filament in Semiconductors Simulated by Numerical Computation" Physica Scripta. T14. 76-81 (1986)

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  • [文献書誌] K. Aoki; K. Yamamoto; N. Mugibayashi: "Chaotic Behavior of a Driven Current Filament Observed in High-Purity n-GaAs at 4.2 K" J. Phys. Soc. Jpn.57. 26-29 (1988)

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      1988 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Aoki; N. Mugibayashi: "Onset of Turbulent Pattern in a Coupled Map Lattice. Case for Soliton-like Behavior" Phys Lett.128A. 349-353 (1988)

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  • [文献書誌] K. Aoki; N. Mugibayashi: "Bifurcation Phenomena in a Periodically Driven Current Filament and a Conjecture on the Turbulent Patterns by Computer Simulations" Appl. Phys.A48. (1989)

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  • [文献書誌] K. Aoki; K. Yamamoto: "Nonlinear Response and Chaos in Semiconductors Induced by Impact Ionization" Appl. Phys.A48. (1989)

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      1988 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Aoki.;N.Mugibayashi.;K.Yamamoto.: Physica Scripta. T14. 76-81 (1986)

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      1988 実績報告書
  • [文献書誌] K.Aoki.;K.Yamamoto.;N.Mugibayashi.: J.Phys.Soc.Jpn.57. 26-29 (1988)

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      1988 実績報告書
  • [文献書誌] K.Aoki.;N.Mugibayashi.: Phys.Lett.128A. 349-353 (1988)

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      1988 実績報告書
  • [文献書誌] K.Aoki.;N.Nugibayashi.: appl.Phys.A48. (1989)

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      1988 実績報告書
  • [文献書誌] K.Aoki.;K.Yamamoto.: Appl.Phys.A48. (1989)

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  • [文献書誌] K.Aoki.;K.Yamamoto.;N.Mugibayashi.: Proc.19th Int.Conf.Phys.Semicond.(Warsaw). 1989.

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      1988 実績報告書
  • [文献書誌] K. Aoki: Proc. 18th Int. Conf on Phys. Semicond., Stockholm, Aug. 1986, World Scientific, Singapore. 1543-1550 (1986)

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      1987 実績報告書
  • [文献書誌] K. Aoki: Physica Scripta. T14. 76-81 (1986)

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      1987 実績報告書
  • [文献書誌] K. Aoki: J. Phys. Soc. Jpn.57. 26-29 (1988)

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      1987 実績報告書

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公開日: 1987-04-01   更新日: 2016-04-21  

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