アンチドット電子系の巨大負磁気抵抗と電子の粒子性・波動性

反点电子系统的巨负磁阻及电子的粒子性和波动性

基本信息

批准号：
12874034
负责人：
長田俊人
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、半導体アンチドット格子系が示す巨大な負の磁気抵抗効果の起源の解明とその制御方法の確立である。まず研究費を用いてMBE制御装置を購入し、現有のMBE装置本体と組み合わせて、アンチドット2次元電子系の母体となるGaAs/AlGaAsヘテロ接合(HEMT)基板の成長を効率良く行える研究環境を整備した。アスペクト比が大きく電子がアンチドット壁での散乱なしに長距離走行できないような系において、80%に及ぶ非常に大きな負性磁気抵抗が現れることを示した。これは窒素温度以上の高温(100K以上)まで存続した。このことから負性磁気抵抗の主な起源はバリスティックな古典的軌道効果であると予想された。そこで古典的軌道とボルツマン方程式を用いた数値計算を行ったところ、低温の磁気抵抗をほぼ完全に再現し、アンチドット系の負の磁気抵抗の主要因が軌道効果であることを明らかにした。これから軌道効果を助長する構造として「蝶ネクタイ型」アンチドット3角格子を考案し、実験を行ったところ、非常にシャープな負性磁気抵抗を得ることに成功した。一方、低温低磁場領域においては温度依存性を持つ負性磁気抵抗成分が存在することを見出したが、これは電子波の干渉で生じた一種の局在効果によるものであると考えられた。アンチドット系についてのバリスティック弱局在理論との比較を行ったが、必ずしも良い一致は得られなかった。これはアスペクト比の大きいアンチドット系ではバリスティック局在の度合いが強く、スケーリング的な弱局在領域を逸脱しているためであると考えられる。

本研究的目的是阐明半导体解点晶格系统所表现出的巨大负磁阻效应的根源，并建立控制它的方法。首先，我们利用研究经费购买了MBE控制装置，并将其与现有的MBE装置结合起来，创建了一个可以高效生长GaAs/AlGaAs异质结（HEMT）衬底的研究环境，这是反点二维的基础电子系统已维护。我们表明，在具有大纵横比的系统中会出现高达 80% 的非常大的负磁阻，其中电子无法在不被反点壁散射的情况下长距离传播。这种情况一直持续到高于氮气温度的高温（100 K 以上）。由此推测，负磁阻的主要根源是弹道经典轨道效应。因此，使用经典轨道和玻尔兹曼方程的数值计算能够几乎完美地再现低温磁阻，揭示了反点系统中负磁阻背后的主要因素是轨道效应。从现在开始，我们设计了“领结形”反点三角晶格作为促进轨道效应的结构，并且在进行实验时，我们成功获得了极其尖锐的负磁阻。另一方面，我们发现在低温、低磁场区域存在与温度相关的负磁阻分量，但这被认为是由于电子波干扰引起的一种局域化效应。与解毒系统的弹道弱定域理论进行了比较，但不一定获得良好的一致性。这被认为是因为具有大纵横比的反点系统具有较强的弹道局域化程度并且偏离了类标度弱局域化区域。