磁場中の2次元電子系におけるエッジ状態のダイナミクスとその応用

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05135
• 研究機関: 兵庫医科大学
• 研究代表者: 福田 昭 兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (70360633)
• 研究分担者: 寺澤 大樹 兵庫医科大学, 医学部, 助教 (90589839) ; 佐々木 豊 京都大学, 理学研究科, 教授 (60205870)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 量子ホール効果 / 核スピン / 2次元電子系 / グラフェン / エッジ状態 / 動的核スピン偏極

研究実績の概要

磁場中の２次元電子系では、量子ホール状態に代表されるように、１次元エッジ状態やトポロジカル励起の研究に理想的であり、最近の我々の研究から分数量子ホール状態での動的エッジ状態変化において、核スピンが多様で重要な役割を果たすことが分かってきた。本研究では、高移動度を持つGaAs 量子井戸構造を用い、ホールバー形状だけではなくエッジの効果を排除したコルビノ形状も併用して、電気伝導測定やマイクロ波への伝導応答の観測を行い、エッジ状態での電子の散乱機構とその動的変化過程、および関連するトポロジカルな励起状態とその生成・消滅機構を解明する。本年度は、東京大学物性研究所において作成した
ホールバー形状およびコルビノ形状の２次元電子気体の同時伝導度測定が可能な試料のデバイスを京都大学において希釈冷凍機で冷却し、磁場中で輸送現象測定を行った。その結果、明瞭なν＝2/3量子ホール効果を観測し、これまで観測されていなかった高磁場領域において、ν＝2/3量子ホール効果とν＝3/5量子ホール効果が共存するような電流誘起の新たなホールプラトーが生じることを観測した。この結果は、国際会議で報告を行った。一方、核スピンを表面修飾により注入したグラフェンや、２次元電子系を近接配置した２層系においても、エッジ状態の動的変化およびトポロジカル励起のダイナミクスの研究を行うのがもう一つの目的であるが、本年度は、物質・材料研究機構と協力して、高移動度h-BN試料を層間に挟んだ層間距離を制御した２層グラフェン試料の作製に着手した。

研究成果

• [国際共同研究] オクラホマ大学/ジョージア工科大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: オクラホマ大学/ジョージア工科大学
• [国際共同研究] Turku大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: Turku大学
• [国際共同研究] KAIST(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: KAIST
• [雑誌論文] Disorder and Weak Localization near Charge Neutral Point in Ti-cleaned Single-Layer Graphene (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Akira、Perini Christopher J.、Terasawa Daiju、Fukuda Akira、Harada Yoshiyuki、Sasa Shigehiko、Yano Mitsuaki、Vogel Eric M.
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 2019 ページ: 1800541～1800541
  • DOI: 10.1002/pssb.201800541
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universal Conductance Fluctuation Due to Development of Weak Localization in Monolayer Graphene (2019)
  • 著者名/発表者名: Terasawa Daiju、Fukuda Akira、Fujimoto Akira、Ohno Yasuhide、Kanai Yasushi、Matsumoto Kazuhiko
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 2019 ページ: 1800515～1800515
  • DOI: 10.1002/pssb.201800515
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetotransport of Monolayer Graphene with Inert Gas Adsorption in the Quantum Hall Regime (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda A、Terasawa D、Fujimoto A、Kanai Y、Matsumoto K
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 969 ページ: 012130～012130
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012130
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-frequency electron-spin-resonance measurements on Mn x Mg1-x O (x = 1.0×10-4) and DPPH at very low temperatures (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Y、Ohya K、Miura S、Fujii Y、Mitsudo S、Mizusaki T、Fukuda A、Matsubara A、Kikuchi H、Asano T、Yamamori H、Lee S、Vasiliev S
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 969 ページ: 012111～012111
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Very-Low-Temperature Millimeter-Wave Electron-Spin-Resonance Measurement System (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujii Y.、Ishikawa Y.、Ohya K.、Miura S.、Koizumi Y.、Fukuda A.、Omija T.、Mitsudo S.、Mizusaki T.、Matsubara A.、Yamamori H.、Komori T.、Morimoto K.、Kikuchi H.
  • 雑誌名: Applied Magnetic Resonance 巻: 49 ページ: 783～801
  • DOI: 10.1007/s00723-018-1027-9
  • 査読あり
• [学会発表] InSb 系量子ホール効果における高次ランダウ準位でのスピン転移 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福田昭，寺澤大樹，佐々木豊，増田貴史，平山祥郎，M. B. Santos
  • 学会等名: 第17回 京都大学物性科学センター講演会・研究交流会
• [学会発表] 層間距離を制御した2 層系グラフェンデバイスの開発とその系に現れる物理 (2019)
  • 著者名/発表者名: 寺澤 大樹, 福田 昭, 藤元 章, 佐々木 豊，谷口 尚, 渡邊 賢司, 塚越 一仁
  • 学会等名: 第17回 京都大学物性科学センター講演会・研究交流会
• [学会発表] Development of a meanderline on Fabry-Perot resonator for ESR/NMR double magnetic resonance measurements (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuya Ishikawa, Yuta Koizumi, Yutaka Fujii, Akira Fukuda, Takao Mizusaki, Eiichi Kobayashi, Hikomitsu Kikuchi and Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: The 7th International Workshop on Far-Infrared Technologies (IW-FIRT 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a Millimeter-Wave ESR Measurement System for Ultra-Low Temperatures and Its Application to Copper Pyrazine Dinitrate: Possible Temperature Sensor from ESR Spectrum (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujii, Y. Ishikawa, Y. Koizumi, T. Omija, A. Fukuda, T. Mizusaki, A. Matsubara, T. Asano, H. Kikuchi, H. Yamamori, S. Mitsudo
  • 学会等名: The 7th International Workshop on Far-Infrared Technologies (IW-FIRT 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 量子ビットへの応用を目指したSi中P不純物のミリ波による制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福田昭
  • 学会等名: 平成30年度福井大学遠赤外領域開発研究センター国内共同研究共同研究成果報告会
• [学会発表] ガスセンサ応用に向けたMoS2トランジスタの作製と電気特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 前田 翔児, Perini Christopher, 金子 豊和, 寺澤 大樹, 福田 昭, 小山 政俊, 藤元 章, 原田 義之, 小池 一歩, 矢野 満明, Vogel Eric
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 超低温における希薄リンドープシリコンの31P動的核偏極核磁気共鳴信号の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井裕, 小泉優太, 石川裕也, 大見謝恒宙, 笈田智輝, 福田昭, 水崎隆雄, 光藤誠太郎, 菊池彦光
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 極低温・ミリ波帯の電気検出型磁気共鳴測定装置の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大見謝恒宙, 石川裕也, 藤井裕, 福田昭, 光藤誠太郎, 山森英智
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 架橋構造グラフェンを用いた希ガスセンシング (2019)
  • 著者名/発表者名: 寺澤大樹, 福田昭, 藤元章, 金井康, 松本和彦, 大岩顕
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] ミリ波帯ESR/NMR二重磁気共鳴用円筒型共振器の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井裕, 大矢健太, 小泉優太, 石川裕也, 三浦俊亮, 福田昭, 光藤誠太郎, 菊池彦光
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] ENDOR測定に向けた平面型コイルを用いたミリ波帯共振器の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小泉優太, 石川裕也, 大矢健太, 三浦俊亮, 藤井裕, 福田昭, 松原明, 水崎隆雄, S. Lee, 小林英一, 菊池彦光, 光藤誠太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 藤元章, 上間康司, Christopher Perini, 寺澤大樹, 福田昭, 佐々誠彦, Eric Vogel (2018)
  • 著者名/発表者名: チタンクリーニングされた単層グラフェンの電荷中性点付近のRxx, Rxyの温度依存性
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 希釈冷凍機温度におけるS=1/2反強磁性鎖Cu(C4H4N2)(NO3)2の高周波ESR (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川裕也, 藤井裕, 三浦俊亮, 大矢健太, 浅野貴行, 小泉優太, 大見謝恒宙, 光藤誠太郎, 福田昭, 水崎隆雄, 松原明, 菊池彦光
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Current-induced mixed quantum Hall plateau in the fractional quantum Hall regime (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Fukuda, Daiju Terasawa, Yutaka Sasaki, Yoshiaki Hashimoto and Shingo Katsumoto
  • 学会等名: 34th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Universal Conductance Fluctuation due to development of Weak Localization in graphene (2018)
  • 著者名/発表者名: Daiju Terasawa, Akira Fukuda, Akira Fujimoto, Yasuhide Ohno, Yasushi Kanai and Kazuhiko Matsumoto
  • 学会等名: 34th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Disorder and Weak Localization near Charge Neutral Point in Ti-cleaned Single-Layer Graphene (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Fujimoto, Christopher Perini, Daiju Terasawa, Akira Fukuda, Shigehiko Sasa and Eric Vogel
  • 学会等名: 34th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] ENDOR測定に向けた平面型コイルを用いたミリ波帯共振器の開発Ⅱ (2018)
  • 著者名/発表者名: 小泉優太, 石川裕也, 大矢健太, 三浦俊亮, 藤井裕, 福田昭, 松原明, 水崎隆雄, S. Lee, 小林 英一, 菊池彦光, 光藤誠太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] Development of Millimeter-Wave Fabry-Perot Type Resonator for Simultaneous Electron-Spin and Nuclear-Magnetic Resonance Measurement at Very Low Temperatures (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujii, Y. Ishikawa, Y. Koizumi, T. Omija, K. Ohya, S. Miura, A. Fukuda, S. Mitsudo, H. Yamamori, and H. Kikuchi
  • 学会等名: 2018 43rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW THz-2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Millimeter-Wave Electron-Spin-Resonance Measurement apparatus for Ultralow Temperatures and Its Application to Measurements of CuPzN (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishikawa, Y. Fujii, K. Ohya, Y. Koizumi, S. Miura, S. Mitsudo, A. Fukuda, T. Asano, T. Mizusaki, A. Matsubara, H. Kikuchi and H. Yamamori
  • 学会等名: 2018 43rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW THz-2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Resonators for Millimeter-wave Band ESR/NMR Double Magnetic Resonance Measurements of Thin Samples (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuta Koizumi, Yuya Ishikawa, Kenta Ohya, Shunsuke Miura, Yutaka Fujii, Akira Fukuda, Akira Matsubara, Takao Mizusaki, Soonchil Lee, Eiichi Kobayashi, Hikomitsu Kikuchi, Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: The third Joint Conference of the Asia-Pacific EPR/ESR Society and The International EPR (ESR) Society (APES-IES 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 平面型コイルを用いたSi:Pのミリ波帯ESR/NMR二重磁気共鳴測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小泉優太, 石川裕也, 大矢健太, 三浦俊亮, 藤井裕, 福田昭, 松原明, 水崎隆雄, Soonchil Lee, 小林英一, 菊池彦光, 光藤誠太郎
  • 学会等名: 第57回電子スピンサイエンス学会(SEST2018)
• [学会発表] 3He-4He希釈冷凍機を用いたミリ波帯超低温ESR/NMR測定装置の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川裕也、藤井裕、大矢健太、三浦俊亮、福田昭、浅野貴行、小泉優太、光藤誠太郎、水崎隆雄、松原明、菊池彦光、Soonchil Lee、Sergey Vasiliev、山森英智
  • 学会等名: 第57回電子スピンサイエンス学会(SEST2018)
• [備考] 兵庫医科大学 物理学
  • URL: http://www.hyo-med.ac.jp/faculty/course/physics.html