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本研究は量子ホール効果ブレークダウンを利用した核スピン制御手法を利用した量子状態コヒーレント制御技術の発展と核スピンをプローブとした量子ホール系における電子スピン物性の探究を目的としている。本年度は量子ホール効果ブレークダウンを用いた核スピンの電気的偏極のメカニズム理解を主要な狙いとして実験を遂行した。具体的には、一般には動的核スピン偏極が生じないと理解されているランダウ準位充填率が偶数の量子ホール系において、ポンプ&プローブ法を用いることにより、核スピン偏極が生じていることを示した。素子構造としては一般的なホールバー型素子に加え、コルビノ型の素子においても同様の実験を行った。コルビノ型素子においては量子ホール端状態伝導の影響を完全に排除することが可能であり、量子ホール効果ブレークダウンによる核スピン偏極の効果であるかどうかが明確に確認できる。実際、コルビノ型素子においても動的核スピン偏極を検出することに成功した。また量子ホール状態間遷移領域において生じる動的核スピン偏極効果についても詳細に調べ、ホールバー型素子とコルビノ型素子における違いから、量子ホールバルク状態-エッジ状態間非平衡分布の影響であるか量子ホール効果ブレークダウンの影響であるかを確認した。遷移領域においては量子ホール端状態とバルク状態間でのスピン反転散乱が核スピン偏極を生じさせていることが実験的に確認された。量子ホール効果ブレークダウンによる核スピン偏極メカニズムを解明する上で重要な実験的事実が得られた。
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