バリスティックな後方電子散乱存在下における整数量子ホ-ル効果の研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01460029
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小宮山 進 東京大学, 教養学部, 助教授 (00153677)
• 研究分担者: 藤井 俊夫 富士通, 厚木研究所, 主任研究員 ; 松田 裕司 東京大学, 教養学部, 助手 (50199816) ; 白木 靖寛 東京大学, 先端科学技術センター, 助教授 (00206286)
• キーワード: 整数量子ホ-ル効果 / 非局所性伝導 / 非平衡分布 / エッジ状態 / 位相干渉長

研究概要

昨年度及び一昨年度は強磁場下二次元電子系の伝導について1)量子ホ-ル効果状態での抵抗に対する電子系の非平衡布の影響、2)電極端子の役割、3)量子ホ-ル効果の精密測定に対する非平衡分布の影響、4)エッジ状態間の電子緩和とエッジ状態の解析、及び、5)非平衡分布に伴う非線型現象を明らかにした。本年度は上記4)、5)を論文にまとめるとともに研究を量子ホ-ル効果状態からのホ-ルプラト-間の中間磁場領域に拡張して抵抗に対する非平衡分布の影響を明らかにし、かつ位相千渉長に関する実験及びそこでの解析方法を開発した。
1)強磁場下での非局所的抵抗振動
クロスゲ-トや量子ボインコンタクトを持たない標準的なホ-ルバ-型試料においても磁場を量子ホ-ル効果状態のプラト-領域領域からずらすと最上のランダウレベルとそれ以下のランダウレベルの作るエッジ状態との間に非平衡分布が生じ、異常な抵抗をもたらす。この現象を定量的に説明するために二次元電子系の抵抗率テンソルから実測される抵抗を予言する伝導のモデルを作った。そのモデルを実験的に検証するために、二次元電子系が電極端子でほぼ完全にかこまれた(エッジを持たない)試料を作成して抵抗率テンソルを決定した。その結果をモデル計算に用いることにより、同一基盤上に作成したホ-ルバ-型試料での異常な抵抗の磁場依存性をきわめてよく説明することができた。
2)電子の位相干渉長測定と解析法の開発
最も重要な物理的パラメ-タ-の一つである強磁場下での位相干渉長は弱磁場下に比べてはるかに大きくなっていると考えられるが今までの所実験、理論とも研究がなされていない。本研究では強磁場下での極めて大きな位相干渉長を測定し得る測定法を初めて提案し、測定結果の解析方法をLandauer型の取扱により開発した。

研究成果

• [文献書誌] S.Komiyama: "Theory of Contacts in TwoーDimensional Electron Gas at High Magnetic Fields" Phys.Rev.B. 40. 7767-7775 (1989)
• [文献書誌] H.Hirai: "Quantitative Alaysis of the Role of Contacts in the Measurements of Integral Quantum Hall Effects" J.Phys.Sco.Jpn.58. 4086-4092 (1989)
• [文献書誌] S.Komiyama: "Violation of the Integral Quantum Hall Effect:Influence of Backscattering and the Role of Voltage Contacts" Phys.Rev.B. 40. 12566-12569 (1989)
• [文献書誌] H.Hirai: "Linear Magnetoresistance to an Inhomogeneous ElectronーDensity Distribution in a TwoーDemensional Electron Gas" Solid State Commun.72. 1033-1037 (1989)
• [文献書誌] S.Komiyama: "NonーEquilibrium Population of Edge State and a Role of Contacts in the Quantum Hall Regime" Surface Science. 229. 224-228 (1990)
• [文献書誌] S.Komiyama: "Influence of Xisordered Contacts on the FourーTerminal Measurements of Intergral Quantum Hall Effects" Solid State Commun.73. 91-95 (1990)
• [文献書誌] H.Hirai: "A Contact Limited Precision of the Quantized Hall Resistance" J.Appl.Phys.68. 655-662 (1990)
• [文献書誌] S.Komiyama(Eds.E.M.Anastassakis and J.D.Joannopoulos.World Scientific): "Onset of InterーEdgeーState Relaxation due to Spontaneous" Proc.20th Int.Conf.Physics of Semiconductor.Thessaloniki 1990. 2. 1150-1154 (1990)
• [文献書誌] S.Komiyama: "Resistance and Resistivity of Two Dimensional Electron Gas at High Magnetic Fields" Solid State Commun.80. 157-162 (1991)
• [文献書誌] H.Nii: "GeometryーDependent Resistances of Two Dimensional Electron Gas at High Magnetic Fields" Surface Science. (1992)
• [文献書誌] S.Komiyama: "InterーEdgeーState Scattering and Nonlinear Effects in A TwoーDimensional Electron Gas at High Magnetic Fields" Phys.Rev.B. (1992)
• [文献書誌] H.Hiral: "Proposed Measurements of the PhaseーCoherence Length in TwoーDimensional Electron Gas at High Magnetic Fields" J.Appl.Phys.(1992)
• [文献書誌] 平井 宏: "量子ホ-ル効果に対するエッジ電流の影響:巨視的領域に現れるメソスコピック現象" 固体物理. 25. 121-127 (1990)