| 研究課題/領域番号 |
21340094
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
長田 俊人 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00192526)
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| 研究分担者 |
鴻池 貴子 東京大学, 物性研究所, 助教 (70447316)
内田 和人 東京大学, 物性研究所, 技術専門職員 (20422438)
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| キーワード | グラフェン / ディラック電子 / 量子ホール効果 / メゾスコピック系 / ベリー位相 / 電界効果トランジスタ / 端状態 / pn接合 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、単層および少数層グラフェンの磁場中伝導現象に現れる2次元Dirac電子系特有の新しい物性、特に位相や形状に関連した幾何学的(トポロジー的)効果の実験的探索と解明であり、当初対象とした問題は(1)特異な量子Hall状態の端状態と電荷・スピン輸送、(2)複数層グラフェンのDiracコーン構造とBerry位相、(3)Dirac電子のメゾスコピック効果であった。(1)の課題に関連して、初年度は単層グラフェンの一部の領域のキャリア数や極性をトップゲート電極を付加して変えたバイポーラ接合構造を作製し量子Hall状態におけるコンダクタンスの分数量子化を観測した。本年度はこれを発展させ、2層グラフェンのバイポーラ接合(p-n接合)構造と、1つのグラフェン片が単層領域と2層領域に分かれた単層-2層ヘテロ接合;構造の量子Hall伝導について研究した。2層グラフェンp-n接合ではトップゲートはキャリア変調の他にエネルギーギャップを開く効果も持つ。これは通常は現れないν=0量子ホール状態を発現させ、コンダクタンスの分数量子化に影響を与える。実験結果は、ν=0量子ホール状態の存在と接合境界での端状態のmixingを仮定したLandauer-Buttiker端伝導モデルで良く説明された。また単層-2層接合についてもコンダクタンスの量子化を観測したが、この量子化は完全ではなく接合界面でのmixingの不完全性を示唆している。以上2つの接合系の量子Hall伝導の研究は世界初のものであり、8月の強磁場国際会議(HMF-19)で発表した。
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