Si-MOS二次元電子系における金属・絶縁体転移:ランダウ準位の崩壊と電子の局在

Si-MOS二维电子系统中的金属-绝缘体转变：朗道能级塌陷和电子局域化

• 批准号: 06740300
• 负责人: 岡本 徹
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Gakushuin 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: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06740300/
• 关键词: 金属・絶縁体転移; 2次元電子系; 整数量子ホール効果

申請者は、シリコンMOS中の二次元電子における金属・絶縁体転移の研究を行ってきた。本年度の成果を以下に列記する。1.高移動度試料を用いて、電子濃度と対角およびホール伝導率との関係を測定した。不規則性を表す無次元パラメータω_cτを導入することによってKhmelnitskiiとLaughlinが提唱した、非局在状態バンドの浮上のモデルと良く比較することができた。2.金属状態と絶縁体状態の相境界の振る舞いも、スピン分離や谷分離の増強効果を考慮することにより、上記モデルにより良く説明できた。このことより、絶縁体領域での巨大磁気抵抗の原因が、従来まで考えられていた電子のウィグナー結晶化ではなくて、アンダーソン局在に対する電子間相互作用の摂動的効果によるものであることが明らかになった。(1.と2.は研究発表参照)。3.今月の2月に低移動度試料に対しても、同様の測定を行った。金属・絶縁体転移が起こる電子濃度は高移動度試料の場合に比べて50%程度高くなるものの、ω_cτとランダウ充填率の関数としての対角伝導率とホール伝導率の振る舞いは高移動度試料の場合と非常に近いものであった。この結果は、シリコンMOS中の二次元電子における金属・絶縁体転移に対する我々の解釈の正当性をより確かなものにした。(現在、投稿論文準備中)4.電子が存在する二次元平面の垂線と磁場との角度を0度から約60度にした場合に、絶縁体領域での巨大磁気抵抗の振る舞いが劇的に変化することが観測された。この横磁場依存性が、今後の大きな課題となる。

申请人一直在对硅MOS中二维电子的金属-绝缘体跃迁进行研究。今年的结果如下。 1. 使用高迁移率样品，我们测量了电子浓度与对角线和空穴电导率之间的关系。通过引入表示不规则性的无量纲参数 ω_cτ，我们能够与 Khmelnitskii 和 Laughlin 提出的离域态带悬浮模型进行很好的比较。 2.考虑自旋分离和谷分离的增强效应，上述模型也很好地解释了金属态和绝缘体态之间的相界行为。由此可见，绝缘体区巨磁阻的产生原因并非之前认为的电子维格纳结晶，而是电子-电子相互作用对安德森局域化的微扰效应。 （参见 1 和 2 的研究报告。） 3. 本月二月份对低迁移率样品进行了类似的测量。尽管发生金属-绝缘体转变的电子浓度比高迁移率样品高约 50%，但对角电导率和空穴电导率随 ω_cτ 和朗道填充因子变化的行为与高迁移率样品中的类似。 - 移动样本的情况非常相似。这一结果进一步证实了我们对硅MOS中二维电子金属-绝缘体跃迁解释的有效性。 （目前正在准备论文提交） 4. 当电子存在的二维平面的垂直线与磁场之间的角度从0度变为大约60度时，绝缘体区域中的巨磁阻行为变得剧烈观察到变化。这种对横向磁场的依赖将是未来的一个主要问题。

项目成果

岡本 徹 他3名: "Transition from Quantum Hall Metal to Insulator Induced by Floating-up of Extended-State Bands in Si-MOSFET's" Proceedings of 11th International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics(to be published by World Scientific). 1

Toru Okamoto等3人：“Transition from Quantum Hall Metal to Insulator Induced by Floating-up of Extended-State Bands in Si-MOSFETs”第11届国际半导体物理高磁场会议论文集（将由World Scientific出版）。 1