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2015 Fiscal Year Research-status Report

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

Research Project

Project/Area Number 15K05135
Research InstitutionHyogo Medical University

Principal Investigator

福田 昭  兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (70360633)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 寺澤 大樹  兵庫医科大学, 医学部, 助教 (90589839)
佐々木 豊  京都大学, 理学部, 教授 (60205870)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords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
Outline of Annual Research Achievements

量子ホール状態に代表される磁場中の2次元電子系では、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、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化を行った。その結果、高い移動度を持つとともに、3He冷凍機温度である超低温まで磁気抵抗およびホール抵抗が観測可能な試料の作成に成功した。
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、表面に不活性ガスであるヘリウム原子やアルゴン原子を吸着させ、量子ホール域を含む高磁場での磁気輸送特性の変化を観測した。現在実験を実施中であり、primitiveな段階ではあるが、原子の種類によって、量子輸送特性が変化するという極めて興味深い結果が出始めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

高移動度を持つGaAs量子井戸構造を用いた動的核スピン偏極実験の結果は、解析が進み、実験データをかなり理解できるところまで進展した、また、GaAs量子井戸構造を持つコルビノ形状の新しい試料のデバイス化は順調に進み、間もなく本実験を実施できる状況にある。また、グラフェン試料においても量子ホール状態を観測し、こちらも順調に研究が進展している。

Strategy for Future Research Activity

今後は、
1)高移動度を持つGaAs量子井戸構造を用いた動的核スピン偏極実験の結果を再現するためのシミュレーションを行い、動的核スピン偏極機構の理論的な解明をさらに行う。
2)GaAs量子井戸構造を持つコルビノ形状の新しい試料を用いて、ホールバー形状の試料のデータを比較することにより、動的核スピン偏極におけるエッジ状態の解明を行う。
3)グラフェン試料において、核スピンをもつ分子で表面修飾を行い、動的核スピン偏極に関する実験を行う。

Causes of Carryover

希釈冷凍機の製作を仕様を含めて慎重に進めており、次年度以降に発注する見込みとなったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

主に希釈冷凍機の製作費として使用する予定である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Negative magnetoresistance temperature dependence induced by current-pumped nuclear spin polarization at the ν = 2/3 quantum Hall state2016

    • Author(s)
      Shibun Tsuda, Minh-Hai Nguyen, Daiju Terasawa, Akira Fukuda, and Anju Sawada
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 93 Pages: 125426 1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.125426

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] ν=2/3量子ホール状態の動的核スピン偏極と数値シミュレーション2016

    • Author(s)
      福田昭, 津田是文, Nguyen Minh-Hai, 寺澤大樹, 澤田安樹
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 (仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] トンネル絶縁膜をはさんだ2層グラフェンの電気伝導2016

    • Author(s)
      藤元章, Corey Joiner, 寺澤大樹, Christopher Perini, 福田昭, Eric Vogel
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 (仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 分数量子ホール状態における動的核スピン偏極ダイナミクス2016

    • Author(s)
      福田昭,寺澤大樹,佐々木豊,橋本義昭,勝本信吾
    • Organizer
      第14回 京都大学 低温物質科学研究センター講演会・研究交流会
    • Place of Presentation
      京都大学 (京都市)
    • Year and Date
      2016-02-19 – 2016-02-19
  • [Presentation] 単層グラフェンにおける伝導度ゆらぎと弱局在の関係2016

    • Author(s)
      寺澤大樹, 福田昭, 藤元章, 大野恭秀, 松本和彦
    • Organizer
      第14回 京都大学 低温物質科学研究センター講演会・研究交流会
    • Place of Presentation
      京都大学 (京都市)
    • Year and Date
      2016-02-19 – 2016-02-19
  • [Presentation] 量子ホール系における動的核スピン偏極(DNP)の抵抗検出2016

    • Author(s)
      福田昭
    • Organizer
      第11回量子スピン系研究会
    • Place of Presentation
      福井大学 (福井市)
    • Year and Date
      2016-01-29 – 2016-01-30
  • [Presentation] グラフェンにおける伝導度ゆらぎの温度依存性2015

    • Author(s)
      寺澤大樹, 福田昭, 藤元章, 大野恭秀, 松本和彦
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 (西宮市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] Thermal Effect on Relationship between Weak Localization and Universal Conductance Fluctuation in Monolayer Graphene2015

    • Author(s)
      Akira Fukuda, Daiju Terasawa, Akira Fujimoto, Yasuhide Ohno, and Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      21th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
    • Place of Presentation
      Sendai International Center (Sendai)
    • Year and Date
      2015-07-26 – 2015-07-31
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Universal conductance fluctuation and intervalley scattering in graphene2015

    • Author(s)
      Daiju Terasawa, Akira Fukuda, Akira Fujimoto, Yasuhide Ohno, and Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      21th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
    • Place of Presentation
      Sendai International Center (Sendai)
    • Year and Date
      2015-07-26 – 2015-07-31
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temperature and Gate Voltage Dependence of Weak Localization Effect in Ti-Cleaned Single-Layer Graphene2015

    • Author(s)
      Akira Fujimoto, Corey A. Joiner, Yuxuan Jiang, Daiju Terasawa, Akira Fukuda, Zhigang Jiang, and Eric M. Vogel
    • Organizer
      21th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
    • Place of Presentation
      Sendai International Center (Sendai)
    • Year and Date
      2015-07-26 – 2015-07-31
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 兵庫医科大学 物理学

    • URL

      http://www.hyo-med.ac.jp/faculty/course/physics.html

URL: 

Published: 2017-01-06  

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