研究課題
本研究では、分子線エピタキシー法を用いたZnO系ヘテロ積層構造の高品質界面における2次元量子伝導の評価を行っている。特に、ZnO系2次元電子の電子有効質量はGaAsなどの化合物半導体2次元電子系に比べて重いことから、低濃度領域での強い電子相関の寄与が新しい量子相の発現に繋がると期待される。したがって、低濃度領域での高移動度化を実現することが重要な課題となっている。昨年度より、新しい電子濃度制御手法として、3次元的な試料ステージを用意することで、真空もしくは空気を絶縁層とする電界効果トランジスタの作製を行っている。電子濃度制御には、これまでアルミナなどの固体ゲート酸化膜を持つ電界効果型素子を作製してきたが、アルミナとヘテロ構造との界面に欠陥が存在し、低濃度領域での移動度が急激に落ち込むことがわかっていた。そこで、試料ステージを作り込む素子構造の作製を行うことで、van der Pauw法のまま、クリーンな表面を維持した電界制御技術の開発に注力した。実際に、約100V印加で5x10^10cm^-2までの制御に成功し、低温0.3Kで磁場印加や電界効果による伝導制御の実験を実施し、系統的な制御が可能であることを確認した。興味深い点として、金属絶縁体転移を起こす電子濃度領域が5x10^10cm^-2以下となっており、これまでに行ってきた試料品質と比べて、さらに低濃度領域へとシフトした。これは、固体ゲート絶縁体素子で低電子濃度領域に調整した場合の散乱機構と今回の真空ゲート構造における散乱機構が異なっていることを示唆している。現在、さらに移動度の高い試料やヘテロ構造のMg濃度依存性などを評価することによって、低濃度領域での分数量子ホール効果の安定性について詳細を調べているところである。この新しい電界効果素子作製について現在論文投稿中である。この技術は、全ての薄膜試料に容易に適用できることから、今後様々な物質系へと拡張することが期待される。
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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http://mu.imr.tohoku.ac.jp/researchlist.html
