量子ホール効果状態におけるアンチ・ドット超格子の研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09831002
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 鷹岡 貞夫 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (50135654)
• 研究分担者: 音 賢一 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30263198)
• キーワード: 量子ホール効果 / エッジ状態 / アンチ・ドット超格子 / 分数量子ホール効果 / 電気容量 / ブレーク・ダウン電流 / 磁気電子フォーカス効果

研究概要

2次元電子系で観測される量子ホール効果は、試料に流す電流がある値を越えると壊れることが知られている。この現象は試料内のホール電場により引き起こされていることが指摘いる。我々は、GaAs/AlGaAsヘテロ界面上の2次元電子系に周期的に電子が存在しない穴を規則的に並べたアンチ・ドット超格子による量子ホール効果を壊す臨界電流に対する影響を調べた。その結果、臨界電流値はアンチ・ドットのある試料の方が無い試料より、むしろ大きくなることを見い出した。さらに臨界電流の電子濃度を増加するにつれて、著しく減少することを見い出した。これらの実験結果は、アンチ・ドットが無いときエッジ電流により試料端に偏っていたホール電場が、アンチ・ドット超格子が試料内に起こすポテンシャルゆらぎのため、試料全体に均一になったためと説明した。
さらに、我々は分数量子ホール効果が観測される極低温(30mK)、強磁場(17T)で、GaAs/AlGaAs試料上に蒸着したゲート電極と2次元電子系間ので磁気電気容量を測定周波数および試料端の長さを変えて測定した。その結果、分数量子ホール効果状態でも、エッジ状態が存在し、そのエッジ状態の幅を初めて定量的に評価した。
我々は、またGaAs/AlGaAsヘテロ界面上に形成された2次元電子系の当方的なフェルミ面が、界面に平行な磁場による歪むことを、磁気電子フォーカス効果により直接的に観測した。その結果、フェルミ面の歪みは、平行磁場を強くするにつれて、急速に大きくなることを見い出した。さらにこの歪みの電子濃度依存性は、電子濃度の変化をゲート電圧によるか、光照射によるか、その方法により異なることを見い出した。

研究成果

• [文献書誌] S.TAKAOKA: "Comparison of Nonlocal Resistance between Si-MOS FET and GaAs/AlGaAs Heterostructure" Proc.12th Int.Conf.High Magnetic Fields in Semiconductor Physics,(edited by G.Landwehr and W.Ossau,World Scientific,Singapore,1997). Vol.1. 223-226 (1997)
• [文献書誌] K.OTO: "Influence of Parallel High Magnetic Field on the Ballistic Transport in Two-Dimensional Electron System" Proc.12th Int.Conf.High Magnetic Fields in Semiconductor Physics,(edited by G.Landwehr and W.Ossau,World Scientific,Singapore,1997). Vol.1. 355-358 (1997)
• [文献書誌] K.Tsukagoshi: "Commensurability Oscillations by Runaway and Pinned Electrons" Microstructures and Microdevices. (印刷中).
• [文献書誌] S.TAKAOKA: "Magnetocapacitance Investigation of Quantum Hall Effect and Edge States" Int.J.Mod.Phys.B. 11. 2593-2619 (1997)
• [文献書誌] K.Oto: "Edge Channels in Integer and Fractional Quantum Hall Regime Investigated by Magnetocapacitance" Physica B. (印刷中).
• [文献書誌] K.Ohtsuka: "Distortion of Fermi Surface Induced by Parallel Magnetic Field in a Two-Dimensional Electron Gas" Physica B. (印刷中).
• [文献書誌] K.Oto: "Magnetocapacitance in Quantum Hall Regime with External DC Current" Solid State Electronics. (印刷中).
• [文献書誌] T.Sanuki: "Breakdown of Quantum Hall Effect in Two-Dimensional Electron System with Antidot Arrays" Solid State Electronics. (印刷中).