強相関シリコン二次元電子系における量子相転移

强关联硅二维电子系统中的量子相变

• 批准号: 20029005
• 负责人: 岡本 徹
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20029005/
• 关键词: 低温物性; 表面・界面物性; 半導体物性; 強相関電子系

世界最高移動度を誇るSi/SiGeヘテロ接合二次元電子系試料に対して、(1)金属・絶縁体領域転移におけるサイクロトロン共鳴の実験と、(2)谷分離と量子井戸幅との関係を調べるための実験、を行った。(1) に関しては、自作した高感度ボロメータを用いて100GHzのミリ波の透過強度の磁場依存性から、サイクロトロン共鳴吸収線幅を得た。線幅から求めた散乱時間は温度の低下とともに増大し、電気抵抗から得られる散乱時間と、似通った絶対値および温度依存性を示した。100GHzにおける光子のエネルギーは、金属的振る舞いが顕著に観測される温度領域での熱エネルギーよりも高い。実験結果は、散乱時間やその金属的温度依存性が、振動電場のエネルギースケールに依存しないことを示唆する。(2) に関しては、井戸幅の異なる4つの試料に対して、磁場中の電気伝導測定を行った。まず、谷分離に相当するランダウ準位充填率ν=1での縦抵抗の極小値の温度依存性から活性化エネルギーを求めた。井戸幅4nmおよび5.3nmの試料における活性化エネルギーは、井戸幅10nmおよび20nmの試料における活性化エネルギーよりも一桁程度大きかった。こうして得られた活性化エネルギーには、電子相関による増強効果も含まれるため、谷分離エネルギーに1対1に対応させることはできないが、さらにゼーマン分離エネルギーと比較することにより、裸の谷分離エネルギーのおおよその値を得ることができた。裸の谷分離エネルギーと井戸幅との関係に関しては、シリコン中の電子スピンを量子計算に応用した場合のデゴヒーレンスの問題と関連して近年注目され、多くの計算が行われてきたが、今回初めて検証実験が行われた。

在SI/SIGE异质结上，基于世界上最高的迁移率的二维电子样品（1）在金属/绝缘体区域过渡中进行了回旋体共振的实验，以及（2）研究谷地分离和量子井宽之间的关系的实验。关于（1），使用自制成的高敏化验电仪的100 GHz毫米波的传输强度的磁场依赖性获得了回旋共振吸收线的宽度。从线宽度确定的散射时间随温度降低而增加，显示出与从电阻获得的散射时间相似的绝对值和温度依赖性。在100 GHz处的光子的能量高于明显观察到金属行为的温度范围内的热能。实验结果表明，散射时间及其金属温度依赖性与振荡电场的能量尺度无关。关于（2），对磁场中的电气传导测量进行了四个井宽的样品。首先，由纵向电阻的最小值在Landau水平填充速率ν= 1的温度依赖性确定，该温度依赖性对应于山谷的分离。宽度为4 nm和5.3 nm的样品中的激活能比宽度为10 nm和20 nm的样品中的激活能大约要大的数量级。以这种方式获得的活化能还包括由于电子相关性引起的增强效应，因此无法对应于山谷分离能一对一，但是通过将其与Zeeman分离能进行进一步比较，可以获得裸露谷地分离能的近似值。关于裸露的山谷分离能与井宽之间的关系，近年来已经对硅中的电子旋转应用于量子计算时进行了许多计算，但是这次，第一次进行了验证实验。

项目成果

Cyclotron resonance of two-dimensional electrons in a Si quantum well

硅量子阱中二维电子的回旋共振

• 发表时间: 2010
• 期刊: Physica E 42
• 作者: R.Masutomi;K.Toyama;K.Sasaki;K.Sawano;Y.Shiraki;T.Okamoto
• 通讯作者: T.Okamoto

Insulating phases induced by crossing of partially filled Landau levels in a Si quantum well

硅量子阱中部分填充的朗道能级交叉引起的绝缘相

• DOI: 10.1103/physrevb.79.241302
• 发表时间: 2009
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: T. Okamoto;K. Sasaki;K. Toyama;R. Masutomi;K. Sawano;and Y. Shiraki
• 通讯作者: and Y. Shiraki

Well-width dependence of valley splitting in Si/SiGe quantum wells

Si/SiGe 量子阱中谷分裂的阱宽依赖性

• DOI: 10.1063/1.3270539
• 发表时间: 2009
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: K. Sasaki;R. Masutomi;K. Toyama;K. Sawano;Y. Shiraki;and T. Okamoto
• 通讯作者: and T. Okamoto

Evidence for Two-Dimensional Spin-Glass Ordering in Submonolayer Fe Films on Cleaved InAs Surfaces

• DOI: 10.1103/physrevlett.101.267204
• 发表时间: 2008-12-31
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Mochizuki, Toshimitsu;Masutomi, Ryuichi;Okamoto, Tohru
• 通讯作者: Okamoto, Tohru

Landau level crossing and pseudospin phase transitions in Si quantum wells

Si 量子阱中的朗道能级交叉和赝自旋相变

• 发表时间: 2010
• 期刊: Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures
• 作者: Kohei Sasaki;Ryuichi Masutomi;Kiyohiko Toyama;Kentarou Sawano;Yasuhiro Shiraki;Tohru Okamoto
• 通讯作者: Tohru Okamoto