1D Thermal Transport Dynamics in Quantum Hall Edge Channels

量子霍尔边缘通道中的一维热传输动力学

基本信息

批准号：
21F21016
负责人：
遊佐剛
金额：
$ 1.47万
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-21F21016/
关键词：
量子ホールメゾスコピック熱輸送

项目摘要

本研究は、一次元電子系の量子ホールエッジに沿った熱輸送の史上初の可視化を目的として、幅広く注目されている「中性モード」の伝搬の減衰長を測定することと、QHエッジ中の熱伝搬の速度を測定することである。中性モードの物理的起源についての理論を特定し、理論予測されている熱伝搬が電荷モードより遅いことを検証する。これにより、朝永-ラッティンジャー液体で起こる「熱・電荷分離」という特異な現象を明らかにする。昨年度は、量子ホールエッジの局所的温度上昇を測定する温度計の信号雑音比を上げる対策を行った。主な雑音を取り除いた結果、試料のウエハー基板中の励起子に由来する雑音が残った。この信号の特徴を測定することでバックグラウンド信号として扱うことができた。この知見を元に、試料に印可したゲート電圧の関数として、温度計の熱電圧応答にピークがあることを観測した。このピークは、量子ホール状態にある試料の電気伝導率のプラトー間のステップと一致し、ゼーベック係数を定めるモット関係に従うことが明らかになった。この電圧信号を空間的に操作することで空間マッピングを行うことができた。この熱電圧の空間マッピングでは、ゲートに最も近いエッジで最も強く、距離とともに減衰する応答が見られ、ゲートの上流側でのみエッジを沿い、下流方向への熱のカイラリティと一致した。さらに磁場方向を反転させると、応答が起こるゲートの側が反転することも、カイラリティと一致した。熱電圧応答の減衰を指数関数でフィッティングしたところ、占有率nu＝2に固定しながら磁場を増加させると熱減衰長が増大することが分かった。これはエッジの温度応答の実空間マッピングから熱減衰長を初めて測定したことを示すものである。観測した熱減衰長の磁場もしくは電子密度依存性は、エッジからのエネルギー散逸の仕組みに関するさらなる研究の指針になると思われる。

这项研究旨在可视化沿一维电子系统的量子孔边缘有史以来的第一次热传输，并测量广泛重量的“中性模式”的传播的衰减长度，并测量QH边缘热热传播的速度。我们确定中性模式的物理起源理论，并验证预测的热传播比电荷模式慢。这揭示了在Tomonaga-Ruttinger液体中发生的“热和电荷分离”的独特现象。去年，我们采取了措施，以增加测量量子孔边缘局部温度升高的温度计的信噪比。在样品的晶圆基质中衍生出的噪声的主要噪声的去除。通过测量该信号的特性，可以将其视为背景信号。基于这一发现，观察到温度计的热电压响应是施加到样品的栅极电压的函数中的峰值。发现该峰与量子大厅状态下样品的电导率的高原之间的步骤一致，并遵循定义Seebeck系数的Mott关系。通过空间操纵该电压信号，可以实现空间映射。热电压的空间映射显示出最接近栅极的边缘的响应，并沿距离的边缘衰减，仅在栅极上游的边缘，与下游方向上热的手性。此外，手性也与以下事实一致：当磁场方向逆转时，响应发生的响应的侧面被逆转。当对热电压响应的衰减成倍拟合时，发现在固定NU = 2的占用比时增加磁场会增加热阻尼长度。这表明第一个热阻尼长度是通过边缘温度响应的真实空间映射测量的。观察到的热衰减长度对磁场或电子密度的依赖性似乎指导了对边缘能量耗散机制的进一步研究。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Thermal Transport Imaging in the Quantum Hall Edge Channel

量子霍尔边缘通道中的热传输成像

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
arXiv
影响因子：
0
作者：
J. N. Moore;A. Kamiyama;T. Mano;G. Yusa
通讯作者：
G. Yusa

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

ドルトムント工科大学(ドイツ)

多特蒙德理工大学（德国）