単一電子トランジスタにおける圧力によるクーロン振動

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14654058
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 大塚 洋一 筑波大学, 物理学系, 教授 (50126009)
• Keywords: 単電子トランジスタ / クーロン振動 / 応力 / 変形ポテンシャル / 化学ポテンシャル / 磁気クーロン振動 / 背景電荷

Research Abstract

磁性金属で作った単電子トランジスタ(SET)の電気抵抗は外部磁場に対して振動的な変化を示す。この磁気クーロン振動はSETの島電極の化学ポテンシャル(フェルミエネルギー)が磁場によって変わることによって生じる。このメカニズムを敷〓すると、SETの抵抗は圧力や応力を変化によっても振動することが予想される。本研究はこのような圧力誘起クーロン振動現象の確認を目的として行い、以下の結果を得た。
1.0.3〜0.6meVの単電子帯電エネルギを有するCu/Ai/Cu-,Al/Cu/Al-,Al/Al/Al-単電子トランジスタに対して高圧液体ヘリウムによる加圧およびピストンによる一軸性応力を加え、クーロン振動の変化を調べた。
2.全ての試料において、ゲート電圧によるクーロン振動の位相が加圧によって変化することが見いだされた。ゲート電圧を固定した場合の圧力によるクーロン振動周期は10〜30atmであり、島電極の化学ポテンシャルの変化率は2〜8×10^<-5>eV/atmと見積もられる。
3.位相変化の方向はCu/Ai/Cu-、Al/Cu/Al-のいずれの場合も同一である。またピストンによる加圧の場合はピストンの位置によって影響を受ける。
4.このように圧力誘起クーロン振動の観測には成功したが、その原因として当初考えた変形ポテンシャルによる電子系のポテンシャル変化というモデルでは第3項の実験結果は説明できない。
5.得られた化学ポテンシャル変化率は理論的見積もりよりも一桁弱大きく、圧縮による背景電荷の動きがその原因である可能性が高い。
以上の結果は、日本物理学会、ナノ学会等で発表を行った。なお、ピストンによる圧縮は試料の破損の可能性が高く、また試料環境を大きく変えるため望ましくない。基板の曲げ変形を応用した新たな方法によって広い応力範囲での実験を今後進める予定である。