半導体2次元電子系における電子相関と磁場効果

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13304028
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岡本 徹 東京大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60245371)
• 研究分担者: 河野 行雄 東京大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90334250)
• キーワード: 2次元電子系 / 金属・絶縁体転移 / 電子相関 / ウィグナー固体

研究概要

昨年度の岡本の着任に引き続き、本年度、河野が着任し、大学院新入生とともに試料作製環境、低温測定環境が急速に整えられ、予備的な実験がいくつか行われた.
半導体2次元系における強相関状態は低キャリア密度領域で実現される.キャリア密度をゲート電圧によって自由に制御することができる電界効果型トランジスター試料を作製するために、フォトリソグラフイ行程システム、不純物拡散システム、絶縁膜作製行程システムを構築し、GaAs電子系、GaAs正孔系などの電界効果型トランジスター試料を作製することが可能となった.
絶縁体領域でのウィグナー固体の磁性、2次元異常金属、などの現象は、1ケルビン以下の低温を必要とする.また、2次元系の磁性に着目する場合には2次元面と磁場との角度に対する依存性を測定する必要がある.このために、ヘリウム3冷凍機およびヘリウム3-ヘリウム4希釈冷凍機、それぞれの中で試料を回転させつつも、温度制御を施した環境の中で、電気伝導等の測定を行うことのできるシステムを構築した.
絶縁体領域での活性化エネルギー、また金属領域で議論されているエネルギーギャップなどに対する、直流電気伝導以外のアプローチとして、遠赤外技術を用いた測定を計画している.本年度、ヘリウム3冷凍機に組み込むことのできる、試料可動型遠赤外光検出システムを開発し、その予備実験として、整数量子ホール系における発光分布の測定を行った.また、2次元系のポテンシャル分布測定のために、微少ホール素子を用いた走査型電位プローブ技術を開発した.

研究成果

• [文献書誌] Y.Kawano, S.Komiyama: "Imaging of nonequilibriuim electrons in quantized Hall devices using cyclotron radiation"Proceedings of 25th International Conference on the Physics of Semiconductors. 921-922 (2001)
• [文献書誌] B.Andreev, Y.Kawano, et al.: "Cyclotron resonance quantum Hall effect detector"Proceedings of 25th International Conference on the Physics of Semiconductors. 949-950 (2001)
• [文献書誌] S.Kawaji, H.Tanaka, H.Kawashima, T.Okamoto: "Collapse of the quantized Hall resistance : Temperature dependence"Proceedings of 25th International Conference on the Physics of Semiconductors. 969-970 (2001)
• [文献書誌] T.Okamoto, S.Kawaji: "Metal-Insulator transition and magnetroresistance in strongly correlated 2D electron systems"Proceedings of 25th International Conference on the Physics of Semiconductors. 1001-1002 (2001)
• [文献書誌] Y.Kawano, S.Komiyama, K.Hirakawa: "Suppression of electron-hole-pair recombination in edge states in quantum Hall regimes"PHYSICA B. 298. 33-37 (2001)
• [文献書誌] Y.Kawano, Y.Hisanaga, H.Takenouchi, S.Komiyama: "Highly sensitive and tunable detection of far-infrared radiation by quantum Hall devices"JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. 89. 4037-4048 (2001)