電流ゆらぎ相関測定による固体素子中の量子相関の検出

通过电流波动相关性测量检测固态器件中的量子相关性

• 批准号: 10J02344
• 负责人: 知田 健作
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J02344/
• 关键词: 電流雑音測定; 整数量子ホール効果; 量子ホール効果ブレークダウン; コルビノ円板; ファノ因子; 雪崩的電視散乱; 電流ゆらぎ測定; 前駆現象; 熱雑音; 1/f雑音; 二次元電子系; 量子細線; 動的核スピン偏極; 抵抗検出核磁気共鳴測定

量子ホール状態は抵抗標準として用いられるだけでなく、次世代の量子情報デバイス実現のプラットフォームとして期待される。しかし、量子ホール状態に閾値以上の電流を印加すると、量子ホール効果ブレークダウンが発生し、量子ホール状態は崩壊してしまう。本研究では、量子ホール効果ブレークダウンの発現機構についての知見を得る目的で、コルビノ円板型に加工した量子ホール状態にあるGaAs/AlGaAs半導体ヘテロ界面に生成する2次元電子系に大電流を流し、電流ゆらぎ測定を行った。測定に際し、測定回路を始めとした測定系の再検討を行い、温度可変インサート中、周辺温度2Kにおいて、高抵抗試料においても、約100kHzまでの電流ゆらぎ測定を行うことの出来る測定系を構築した。構築した測定系を用い、コルビノ型円板における電流ゆらぎ測定を行った。得られた電流ゆらぎからファノ因子を見積もったところ、1000を超える値が得られた。この結果は、電子が相関を持ってコルビノ型円板中を伝導していることを意味する。ファノ因子が大きくなる要因としては、雪崩的電視散乱に基づくブートストラップ機構が有力な候補である。本研究成果は、量子ホール効果ブレークダウンが電子相関に基づくことを意味しており、これは量子ホール効果ブレークダウンの発現機構を決定する上で重要な情報である。又、本成果は電流ゆらぎ測定から伝導電子の統計的情報を得た好例である。今後、電流雑音測定により高次のキュムラントの決定などが行われ、電子の伝導する系の普遍的性質の発見や、分類に繋がることが期待される。

量子霍尔态不仅用作电阻标准，而且有望作为实现下一代量子信息器件的平台。然而，当高于阈值的电流施加到量子霍尔态时，发生量子霍尔效应击穿并且量子霍尔态崩溃。在这项研究中，为了获得有关量子霍尔效应击穿机制的知识，我们将大电流施加到在加工成Corbino盘形状的量子霍尔态的GaAs/AlGaAs半导体异质界面处产生的二维电子系统。 ，进行电流波动测量。在测量过程中，我们重新检查了包括测量电路在内的测量系统，并构建了一个测量系统，即使在环境温度为2K的高电阻样品上，也可以在温度可变插入时测量高达约100kHz的电流波动。使用构建的测量系统，我们测量了 Corbino 圆盘中的电流波动。当根据所获得的电流波动来估计Fano因子时，获得了超过1000的值。这一结果意味着电子在 Corbino 盘中以相关方式传导。基于雪崩电磁散射的自举机制是法诺因子增加的有力候选者。这一研究结果意味着量子霍尔效应击穿是基于电子相关性的，这是确定量子霍尔效应击穿机理的重要信息。此外，这个结果是从电流波动测量中获取传导电子统计信息的一个很好的例子。未来，电流噪声测量将用于确定高阶累积量，预计这将导致电子传导系统的普遍性质的发现和分类。

项目成果

Experimental test of Fluctuation Theorem in a quantum coherent conductor

量子相干导体涨落定理的实验测试

• DOI: 10.1109/icnf.2011.5994319
• 发表时间: 2011
• 期刊: the IEEE 21st International Conference on Noise and Fluctuations
• 作者: S.Nakamura;S;Yamauchi;Y;Hashisaka;M;Chida;K;Kobayashi;K;Ono;T;Leturcq;R.;Ensslin;K.;Saito;K.;Utsumi;Y.;A.C.Gossard
• 通讯作者: A.C.Gossard

Shot noise measurement in a non-equilibrium quantum wire in the integer quantum Hall regime

整数量子霍尔体系中非平衡量子线的散粒噪声测量

• 发表时间: 2010
• 作者: K.Chida;M.Hashisaka;Y. Yamauchi;S.Nakamura;T.Arakawa;T.Machida;K.Kobayashi;T.Ono
• 通讯作者: T.Ono

量子ホール状態にあるコルビノ型円盤における電流雑音測定

量子霍尔态 Corbino 圆盘中的电流噪声测量

• 发表时间: 2013
• 作者: 知田健作;秦徳郎;荒川智紀;松尾貞茂;西原禎孝;田中崇大;千葉大地;町田友樹;小林研介;小野輝男
• 通讯作者: 小野輝男

量子ホール効果ブレークダウンに伴って発生する1/f雑音の評価

量子霍尔效应击穿引起的 1/f 噪声评估

• 发表时间: 2012
• 作者: 知田健作;荒川友紀;松尾貞茂;西原禎孝;田中崇大;町田友樹;小林研介;小野輝男
• 通讯作者: 小野輝男

Shot Noise in MgO-based Magnetic Tunnel Junctions

MgO 基磁隧道结中的散粒噪声

• 发表时间: 2010
• 作者: T.Arakawa;K.Sekiguchi;Y.Yamauchi;K.Chida;M.Yamada;H.Takahashi;D.Chiba;K.Kobayashi;T.Ono
• 通讯作者: T.Ono