量子ホール液体における量子相転移の研究

量子霍尔液体中的量子相变研究

基本信息

批准号：
09740278
负责人：
古崎昭
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

分数量子ホール状態にある電子系は、その系の周縁部にエッジ状態とよばれる低エネルギー励起をもつ。このエッジ状態は分数量子ホール系のトポロジカルな性質を特徴づけ、系の電気伝導を担っている。今年度主に行った研究は、2つの分数量子ホール系のエッジ状態間の共鳴トンネル電流の計算である。具体的には、2つの量子ホール液体が間に量子ドットを介してつながっている状況を考察した。これは、半導体界面の2次元電子系にゲート電極をつけることにより、実験的に十分実現可能である。量子ドットと量子ホール液体の間には、ゲート電圧によって制御可能なトンネル障壁があるものとして、トンネル電流をマスター方程式を解くことにより求めた。量子ドットにおけるクーロンブロッケイド効果により、この系のコンダクタンスはゲート電圧の関数として、クーロン振動現象を示す。この振動にあらわれるピークに形状およびその温度依存性が、分数量子ホール系のランダウ準位充填率νで決定されることを明らかにした。ピークコンダクタンスは、温度をTとしたとき、T^<1/ν-2>のように変化する。これは、エッジ状態が朝永-ラッティンジャー流体であることのあらわれで、トンネル状態密度がE^<1/ν-1>のエネルギー依存性をもつことの結果である。ピークコンダクタンスが低温で0になることは、共鳴トンネル電流がincoherentなsequential tunneling processによって流れることを意味する。一方、共鳴ピークからはずれたところでは、十分低温におけるトンネル電流は主にcoherentなelastic cotunneling processによって運ばれ、コンダクタンスはT^<2/ν-2>の温度依存性をもつことを示した。

处于分数量子霍尔态的电子系统在系统外围具有称为边缘态的低能激发。这种边缘态表征了分数量子霍尔系统的拓扑特性，并负责系统的导电。我今年进行的主要研究是两个分数量子霍尔系统边缘态之间的谐振隧道电流的计算。具体来说，我们考虑了两种量子孔液体通过它们之间的量子点连接的情况。通过将栅电极连接到半导体界面处的二维电子系统，可以通过实验完全实现这一点。假设量子点和量子霍尔液体之间存在可由栅极电压控制的隧道势垒，通过求解主方程确定隧道电流。由于量子点中的库仑阻塞效应，该系统的电导表现出作为栅极电压的函数的库仑振荡现象。我们澄清了这种振动中出现的峰的形状及其温度依赖性是由分数量子霍尔系统的朗道能级填充因子ν决定的。峰值电导变化为 T^<1/ν-2>，其中 T 是温度。这表明边缘态是Tomonaga-Luttinger流体，并且是隧道态密度具有E^<1/ν-1>的能量依赖性的结果。峰值电导在低温下变为 0 的事实意味着谐振隧道电流流过不相干的顺序隧道过程。另一方面，远离谐振峰值，足够低温度下的隧道电流主要由相干弹性共隧道过程承载，并且电导显示出具有T^<2/ν-2>的温度依赖性。