Nonequilibrium states of low-dimensional quasiparticles in a mesoscopic quantum Hall system

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本課題「メゾスコピック量子ホール系の低次元準粒子制御と非平衡現象」では、強磁場中の半導体ヘテロ構造を用い、機能的量子素子の集積化であるメゾスコピック量子ホール系を形成し、一次元系準粒子（プラズモン・スピノン等）、二次元系準粒子（分数電荷・スカーミオン等）の非平衡現象を探求し、量子ホール熱機関やトポロジカル量子工学への応用指針を得ることを目標としている。具体的には、一次元系準粒子の非相反伝導を利用して、整数・分数量子ホール領域での朝永ラッティンジャー流体の伝導制御を行い、量子化熱伝導・量子ホール熱機関の実現を目指している。また、二次元系準粒子のブレーディングなどの制御技術の確立を念頭に、量子アンチドットによる少数準粒子の制御、超高速走査型偏光分光顕微鏡による準粒子ダイナミクス、準粒子のトンネル過程の解明を進めている。令和４年度は、量子ホール系のエッジおよびバルクにおける多彩な輸送現象について研究を進めた。実験研究では、整数・分数量子ホール領域における電流と熱流を運ぶ固有モードの理解が進み、量子ポイント接合によって複数チャネルにおける熱分配制御に成功し、ホットエレクトロンが非熱的な朝永ラッティンジャー液体に変化する現象を見出し、レーザー走査による熱輸送イメージング技術を開発するとともに、三重量子アンチドットの量子状態制御の知見を得るなど、多くの成果に至っている。理論研究では、熱力学的状態変化における密度行列の非対角要素を解析し、ワッサースタイン計量を定義するなどの成果を得ている。さらに、世界最高制度の電流アンプを開発し、トポロジカル系を用いた共振器量子電気力学に向けた研究を開始するなど、当初の計画を超えた研究にも着手している。