ヘリウム液面電子ポイントコンタクトの極低温単電子輸送現象の研究

氦液表面电子点接触低温单电子输运现象研究

• 批准号: 24740250
• 负责人: リース デイビッド
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-24740250/
• 关键词: ヘリウム液面電子; 単一電子成業; 単電子輸送; 幾何学的整合性ピニング; ポイントコンタクト; ウィグナー結晶; フラストレーション; 融解

ヘリウム液面上で、電子を一つ一つ制御する技術、特にその量子状態の制御が実現できれば、量子計算の実現に大きな前進となる。このような有用性はさておくとしても、理想的な量子的対象である電子一つを取り出して、液体ヘリウム表面という清浄な舞台において、つぶさにその量子的性質を研究する可能性には、好奇心を大いに刺激するものがある。この研究計画では、そのような技術開発の一環として、表面張力によって固体表面の細い隙間に凝縮(毛細管凝縮)した液体ヘリウムの表面を利用して電子を制御する方法を開発し、狭窄した伝導路を電子が一つずつ透過するときに現れる輸送特性について研究することを目的として実施した。毛細管凝縮した液体ヘリウムを使うことによって、液面直下(1μm程度)に安定した電極構造を作成できるというメリットがある。この手法によって、スプリットゲート方式のポイントコンタクトを作成することに成功し、ピンチオフ閾値の近傍で伝導度に階段状の異常が現れることを発見した。低温条件下で、電子系がウィグナー結晶という格子を組むと、狭窄を解くに従って、伝導度がいったん増大したのちに減少するという非常に変わった輸送特性を発見した。これを、計算機シミュレーションと比較した結果、静電ポテンシャルの空間的な構造とウィグナー結晶の格子構造とが、幾何学的な整合を有するところで、伝導度が減少することを突き止めた。さらに、一様な1次元チャネルの幅を変えていく時に、n列と(n+1)列構造の静電エネルギーが拮抗するところで、熱的擾乱によって、空間的な結晶秩序が破壊される傾向が現れるために起きると推察される伝導度の振動を発見した。今後、この機構についてより定量的な研究を行う必要がある。

如果能够实现控制氦液体表面上的单个电子，特别是控制它们的量子态的技术，这将是实现量子计算的一大进步。抛开这个有用性不谈，我很好奇提取单个电子（一个理想的量子物体）并在液氦表面的清洁阶段详细研究其量子特性的可能性，这是非常令人兴奋的。在本研究项目中，作为此类技术开发的一部分，我们将开发一种利用液氦表面控制电子的方法，液氦由于表面张力而凝结在固体表面的狭窄间隙中（毛细管凝结），并达到目的这项研究的目的是研究电子一一通过时出现的传输特性。使用毛细管冷凝液氦的优点是可以在液面下方（约1μm）创建稳定的电极结构。利用这种方法，他们成功地创建了分栅点接触，并发现在夹断阈值附近的电导率出现了阶梯状异常。在低温条件下，当电子系统形成称为维格纳晶体的晶格时，我们发现了一种非常不寻常的传输特性，其中电导率随着限制的释放而增加，然后降低。通过与计算机模拟进行比较，他们发现，当静电势的空间结构与维格纳晶体的晶格结构几何匹配时，电导率会降低。此外，当改变均匀一维通道的宽度时，由于n行和(n+1)行结构的静电能We竞争的点处的热扰动，空间晶体秩序往往会被破坏。发现了电导率的振荡，推测这种振荡是由于 的出现而发生的。未来有必要对该机制进行更多的定量研究。

项目成果

Evidence for reentrant melting in a quasi-one-dimensional Wigner crystal

准一维维格纳晶体中重入熔化的证据

• 期刊: Phys. Rev. Lett.
• 作者: 菊地哲;関根康平;石田智信;山田徹;D. G. Rees;H. Ikegami
• 通讯作者: H. Ikegami

Commensurability-Dependent Transport of a Wigner Crystal in a Nanoconstriction

• DOI: 10.1103/physrevlett.108.176801
• 发表时间: 2012-04-25
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Rees, D. G.;Totsuji, H.;Kono, K.
• 通讯作者: Kono, K.