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

基本信息

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

项目摘要

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。

针对全球最高迁移率的Si/SiGe异质结二维电子体系样品，（1）金属-绝缘体区域跃迁的回旋共振实验，（2）谷间距与量子阱宽度关系的研究。为此目的进行了一项实验。关于（1），我们使用自制的高灵敏度测辐射热计，根据 100 GHz 毫米波传输强度的磁场依赖性获得了回旋共振吸收线宽。从线宽确定的散射时间随着温度的降低而增加，并且与从电阻获得的散射时间表现出相似的绝对值和温度依赖性。 100 GHz 处的光子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级无关。关于（2），我们在磁场中对具有不同孔宽度的四个样品进行了电导率测量。首先，根据朗道能级填充因子 ν = 1（对应于谷分离）下纵向阻力最小值的温度依赖性来确定活化能。孔宽为4 nm和5.3 nm的样品中的活化能比孔宽为10 nm和20 nm的样品中的活化能大约大1个数量级。由于这样得到的活化能还包含了电子相关性的增强作用，因此不能与谷分离能一一对应，但通过进一步与塞曼分离能进行比较，可以确定我们能够获得裸谷分离能的近似值。近年来，由于硅中的电子自旋应用于量子计算时的散散问题，裸谷分离能与阱宽度之间的关系引起了人们的关注，并且已经进行了许多计算，但这是第一次进行了验证实验。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
Physica E 42
影响因子：
0
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

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

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

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

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures
影响因子：
0
作者：
Kohei Sasaki;Ryuichi Masutomi;Kiyohiko Toyama;Kentarou Sawano;Yasuhiro Shiraki;Tohru Okamoto
通讯作者：
Tohru Okamoto