研究課題
量子ホール状態は抵抗標準として用いられるだけでなく、次代の量子情報デバイス実現のプラットフォームとして期待される。しかし、量子ホール状態に閾値以上の電流を印加すると、量子ホール効果ブレークダウンが発生し、量子ホール状態は崩壊してしまう。本研究では、量子ホール状態にあるGaAs/A1GaAs半導体ヘテロ界面に生成する2次元電子系に大電流を流し、電流ゆらぎ測定を行った。実験は図1に示す希釈冷凍機を用いたクロスコリレーション法、および温度可変インサートを用いたLC共鳴法というふたつの方法で行った。得られた結果を図2に示す。これらの結果から、量子ホール効果ブレークダウンに伴って発生する電流ゆらぎが電子系の加熱によるものであることが示唆される。図3に示すのは、前駆領域における電流ゆらぎの経時変化である。これより、量子ホール効果ブレークダウンが局在準位への電子遷移が契機となり発現する現象であることが示唆される。本成果は電流ゆらぎ測定が非平衡系における電子状態を検出するツールとして非常に優れたものであることを示しており、本研究の課題である電流ゆらぎ相関の測定を通した量子相関の検出への基礎となるものである。
1: 当初の計画以上に進展している
非平衡状態における量子ホール系に関する電子の振る舞いの詳細を調べる目的で、電流揺らぎ測定を行った。電子温度100mK以下を達成したうえで、入念な校正を行い、量子ホール効果ブレークダウンに伴う電流ゆらぎの発生および、その前駆現象を観測した。また、得られた電流ゆらぎの周波数依存性から、これらの電流ゆらぎが電子系の有効温度の上昇に起因することを示した。受け入れ研究者と良く議論をし、国際会議にて口頭発表を行い、論文を執筆・投稿した。論文は米国物理学会誌の速報に編集者注目論文として出版され、期待以上の研究の進展があったと認められる。
引き続き非平衡量子ホール系の詳細の理解を目指した電流ゆらぎ測定を行って行く。また、電流ゆらぎ相関測定の技術の確立を行い、将来の固体における量子情報技術の発展の礎を築く。
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すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (3件)
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