半導体2次元電子系における強相関効果と量子相転移

半导体二维电子系统中的强相关效应和量子相变

基本信息

批准号：
06J52232
负责人：
當山清彦
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

平成19年度は、強磁場中の半導体2次元電子が強い電子相関のために示す多彩な量子相転移の解明・探究を行った。2次元電子は垂直に強磁場を印加されると、ランダウ準位と呼ばれる量子化したエネルギー準位を有するため、強相関効果を調べる上で格好の舞台である。さらに、異なるランダウ準位を交差させることで、2次元電子にどちらの準位を占有するかという擬スピン自由度を与えることができる。異なる擬スピン状態間の量子相転移は近年大変注目されてきた。本研究では世界最高レベルの移動度を誇るシリコン2次元電子を試料とし、低温・強磁場中にて準位交差時の磁気抵抗を系統的に測定した。ランダウ準位が整数本だけ占有された状況では、十分低温において、強い面内異方性を持つ鋭い縦抵抗率ピークを観測した。同様の現象は新奇電子状態の可能性から注目されてきたものの、観測報告は1例のみであった。本研究で新たにヒステリシスを観測し、イジング型の擬スピン強磁性のために異なる擬スピン状態間の1次相転移が生じ、異方的形状を持つ擬スピンドメイン構造が強い面内異方性を誘起していることを示した。一方、擬スピンが常磁性を示すと考えられるような十分高温においては、磁気抵抗にダブルピーク構造という新奇な特徴を観測した。これは、擬スピン磁性と電気伝導の関係について新たな知見を与えることが期待できる発見である。ランダウ準位の占有率が非整数の状況については、従来ランダウ準位交差の研究は少なかったが、本研究においては新奇電子状態の実現を期待して詳細に調べた。その結果、十分低温において、縦抵抗率ピークが減少し、同時にホール抵抗が特定の量子化値に大きく近づくという新たな現象を観測した。同現象は擬スピンが非偏極の新しい基底状態に起因することが期待できる。異なる擬スピンの電子がペアを組み、ペアの電荷密度波や超伝導が生じている可能性を検討中である。

2007年，我们阐明并探索了二维半导体电子在强磁场中由于强电子关联而表现出的各种量子相变。当垂直施加强磁场时，二维电子具有称为朗道能级的量子化能级，这使其成为研究强相关效应的理想阶段。此外，通过跨越不同的朗道能级，可以赋予二维电子赝自旋自由度来确定其占据哪个能级。近年来，不同赝自旋态之间的量子相变受到了广泛关注。在这项研究中，我们以拥有世界最高迁移率的硅二维电子为样本，系统地测量了低温和强磁场下能级交叉时的磁阻。在仅占据整数个朗道能级的情况下，在足够低的温度下观察到具有强面内各向异性的尖锐纵向电阻率峰值。尽管由于新型电子态的可能性，类似的现象引起了人们的关注，但仅报道了一项观察结果。在这项研究中，我们新观察到了磁滞现象，并且由于伊辛型赝自旋铁磁性，不同赝自旋态之间发生了一级相变，并且具有各向异性形状的赝自旋磁畴结构表现出很强的面内各向异性。诱导另一方面，在足够高的温度下，赝自旋被认为表现出顺磁性，我们观察到磁阻中双峰结构的新特征。这一发现有望提供有关赝自旋磁性与电传导之间关系的新知识。对于朗道能级占据为非整数的情况，过去对朗道能级交叉的研究很少，但在本研究中我们进行了详细的研究，希望能够实现新的电子态。结果，我们观察到一种新现象，即纵向电阻率峰值在足够低的温度下降低，同时霍尔电阻大大接近特定的量子化值。这种现象预计是由赝自旋非极化的新基态引起的。我们目前正在研究具有不同赝自旋的电子形成对的可能性，从而产生成对的电荷密度波和超导性。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

On Effects of Gate Bias on Hole Effective Mass and Mobility in Strained-Ge Channel Structures

栅极偏置对应变Ge沟道结构中空穴有效质量和迁移率的影响

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
Applied Physics Express 1
影响因子：
0
作者：
K.Sawano;Y.Kunishi;Y.Satoh;K.Toyama;K.Arimoto;T.Okamoto;N.Usami;K.Nakagawa;Y.Shiraki
通讯作者：
Y.Shiraki

高移動度シリコン2次元電子におけるランダウ準位交差と電気伝導の巨大異方性

高迁移率硅二维电子中的朗道能级交叉和导电的巨大各向异性