Si-MOS二次元電子系における極低温領域での巨大磁気抵抗の角度依存性

Si-MOS二维电子系统极低温区巨磁阻的角度依赖性

基本信息

批准号：
08740297
负责人：
岡本徹
金额：
$ 0.7万
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：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

シリコン反転層中の2次元電子系の絶縁相において大きな磁気抵抗の振動が知られていたが、成因については全く分かっていなかった。本研究では、対角抵抗の温度依存性から活性化エネルギーを求め、その磁場の大きさや方位に対する依存性などを系統的に測定した。膨大な実験データに裏付けられた考察から以下の知見が得られた。(1)後述の磁束の効果がないときには2次元電子系の絶縁相の基底状態は、強磁性的である。ウィグナー結晶を組んだ電子同士による3体の交換相互作用の存在を仮定すれば説明できる。(2)活性化電子は、ウィグナー結晶中の電子との反強磁性的相互作用により、スピン反転、または谷反転を行う。活性化エネルギーの平行磁場依存性の実験結果と一致する。(3)多体(リング状)の交換経路を磁束が貫いたときにはAharonov-Bohm効果によって交換相互作用の性質が変化する。活性化エネルギーの磁場の二次元面に対する垂直成分への依存性は、このことによるウィグナー結晶中の交換エネルギーの変化と磁気相転移によるものとして定量的に理解できる。(4)実験から得られた、2体、3体の交換相互作用の大きさは、RogerのWKB近似計算から得られたものと20%の精度で一致した。但し、4体交換相互作用は実験値の方が小さく、不純物効果が大きな経路の交換を抑制していることを示唆する。(5)裸の谷分離のエネルギーが理論値より数倍大きいことが分かった。谷の分離については、まだ未解決の問題が多く、今後の研究が待たれるところである。

已知在硅反转层中的二维电子系统的绝缘相中会发生大的磁阻振荡，但其原因完全未知。在这项研究中，我们根据对角电阻的温度依赖性确定了活化能，并系统地测量了其对磁场大小和方向的依赖性。以下发现是基于大量实验数据支持的考虑而得出的。 (1)二维电子系统的绝缘相的基态在没有磁通量的影响时是铁磁的，这将在后面描述。这可以通过假设维格纳晶体中聚集的电子之间存在三体交换相互作用来解释。 (2) 激活的电子由于与维格纳晶体中的电子的反铁磁相互作用而执行自旋反转或谷反转。这与活化能依赖于平行磁场的实验结果一致。（3）当磁通量通过多体（环形）交换路径时，由于阿哈罗诺夫-玻姆效应，交换相互作用的性质发生变化。活化能对垂直于磁场二维平面的分量的依赖性可以定量地理解为由于维格纳晶体中的交换能和磁相变的变化。 (4) 实验得到的二体和三体交换相互作用的大小与Roger的WKB近似计算得到的一致，精度为20%。然而，四体交换相互作用的实验值较小，表明杂质效应抑制了大路径的交换。 (5)发现裸谷分离能量比理论值大数倍。关于山谷分离仍有许多未解决的问题，有待进一步的研究。