半導体中局在二次元電子系における多体交換相互作用と磁性

1. 昨年度の研究において、我々は、Si-MOSFETの2次元電子系の絶縁相における伝導およびその磁場依存性を、ウィグナー固体中の磁性を考慮したモデルで説明した(Phys.Rev.B,57(1998)9097-9107).このモデルにおいては、Si-MOSFET中の2次元電子の持つ、谷状態に関する自由度が重要な役割を演じるが、2つの谷状態間のエネルギー差について、これまで得られた知見は少ない.今年度、移動度の非常に高いSi-MOSFETの金属相におけるシュブニコフ・ドハース振動を極低温において詳細に調べることによって、谷分離エネルギーの大きさが、これまで考えていた数ケルビンよりも一桁以上小さいことが明らかになった(岡本他、投稿中).2. Si-MOSFET以外の2次元系では、東大先端研グループから提供された、Si/SiGeのへテロ接合n型試料に対して、磁気抵抗の詳細な測定を行った.この系の大きな特徴は、Si-MOSFETと比べて二桁近くの大きな移動度が得られることであり、不純物ポテンシャルの影響の少ない条件下での実験が可能となる.提供された試料は極低温での電圧および電流端子の電極抵抗が大きかったため、設備備品で基板加熱装量を購入し、熱処理を施した.これにより、未だ測定条件のより厳しい絶縁体領域での測定には至っていないものの、近年、盛んに研究されている金属領域での電子状態に関する重要な知見を得ることができた.この系でのクーロンエネルギーは非常に大きく、高温超伝導や巨大磁気抵抗が観測される強相関系と同様に、交換相互作用による磁性が重要であると考えている.

1. 昨年度の研究において、我々は、Si-MOSFETの2次元電子系の絶縁相における伝導およびその磁場依存性を、ウィグナー固体中の磁性を考慮したモデルで説明した(Phys.Rev.B,57(1998)9097-9107).このモデルにおいては、Si-MOSFET中の2次元電子の持つ、谷状態に関する自由度が重要な役割を演じるが、2つの谷状態間のエネルギー差について、これまで得られた知見は少ない.今年度、移動度の非常に高いSi-MOSFETの金属相におけるシュブニコフ・ドハース振動を極低温において詳細に調べることによって、谷分離エネルギーの大きさが、これまで考えていた数ケルビンよりも一桁以上小さいことが明らかになった(岡本他、投稿中).2. Si-MOSFET以外の2次元系では、東大先端研グループから提供された、Si/SiGeのへテロ接合n型試料に対して、磁気抵抗の詳細な測定を行った.この系の大きな特徴は、Si-MOSFETと比べて二桁近くの大きな移動度が得られることであり、不純物ポテンシャルの影響の少ない条件下での実験が可能となる.提供された試料は極低温での電圧および電流端子の電極抵抗が大きかったため、設備備品で基板加熱装量を購入し、熱処理を施した.これにより、未だ測定条件のより厳しい絶縁体領域での測定には至っていないものの、近年、盛んに研究されている金属領域での電子状態に関する重要な知見を得ることができた.この系でのクーロンエネルギーは非常に大きく、高温超伝導や巨大磁気抵抗が観測される強相関系と同様に、交換相互作用による磁性が重要であると考えている.