Investigation of propagation characteristics of quantum Hall edge by optical real-space observation

通过光学实空间观测研究量子霍尔边缘的传播特性

• 批准号: 21J14386
• 负责人: 神山 晃範
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14386/
• 关键词: 量子ホール効果; 分数量子ホール効果; エッジ状態; 光学顕微鏡

本研究では、空間分解能と時間分解能を併せ持つ光学顕微鏡を用いることで、分数量子ホールのエッジを高速で伝播する電子を可視化し、さらには高時間・高空間精度を達成するために新たな測定系の開発を行った。まず、試料であるGaAs/AlGaAs量子井戸の光学応答としてフォトルミネッセンス(PL)を利用したストロボ測定を行い、ν=1/3の分数量子ホールのエッジを観察したところ、エッジを伝播する電子の波束を捉えることに成功した。顕微測定によりエッジだけでなくバルクにも励起が存在することが判明し、内容をまとめて論文発表を行った。さらに、エッジの重要なパラメータである速度測定を試みた。実験を行うにあたり、試料構造の設計と作製を行い、試料上の任意の位置における速度測定を実現した。エッジを高速で伝播する電子の波束の速度を決定することに成功し、解析を行うことで電子が相互作用するプラズモンとして伝播していることを示し、学会にて発表を行った。また、電荷中性モードの検出や速度の決定を目的として高周波実験系と同期したポンプ-プローブストロボ反射測定系を開発し、分数量子ホール状態を伝播する電子の速度測定が可能なことを示した。PLの場合と比較して、時間分解能が原理的には2桁改善し、短い伝播距離においても速度の測定が可能となった。これにより、通常の電気測定において検出困難である電化中性モードを光により検出した上で、これまで実現困難であった速度測定が可能となったと考えられる。

In this study, spatial resolution and temporal resolution are combined to develop optical micromirrors for high speed electron visualization and high spatial accuracy. The optical response of GaAs/AlGaAs quantum wells in samples was successfully detected by electron beam detection using a fractional quantum well (PL) with v =1/3. The content of the article is determined by the author. This is the first time I've ever seen a car. The design and manufacture of the sample structure are carried out, and the speed measurement is carried out at any position on the sample. The speed of the electron beam at high speed determines the success, resolution and interaction of electrons. The purpose of determining the velocity of electrons in charge neutral states is to determine the velocity of electrons in fractional quantum states. PL can be improved by comparison and time decomposition, and it is possible to measure the speed of propagation. The measurement of electrical energy is usually difficult to detect, and the measurement of electrical energy is difficult to detect.

项目成果

エッジマグネトプラズモンの実時間顕微測定

边缘磁等离子的实时显微测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 神山晃範;松浦雅広;Moore John;間野高明;遊佐剛
• 通讯作者: 遊佐剛

Real-time and space visualization of excitations of the nu=3 fractional quantum Hall edge

nu=3 分数量子霍尔边缘激发的实时和空间可视化

• DOI: 10.1103/physrevresearch.4.l012040
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: Kamiyama Akinori;Matsuura Masahiro;Moore John N.;Mano Takaaki;Shibata Naokazu;Yusa Go
• 通讯作者: Yusa Go

光学顕微鏡によるエッジマグネトプラズモンの空間・時間分解測定

使用光学显微镜对边缘磁等离子进行空间和时间分辨测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 神山晃範;松浦雅広;Moore John;間野高明;遊佐剛
• 通讯作者: 遊佐剛