磁気電気容量と量子伝導による多様な形状の2次元電子系の研究

GaAs/AlGaAsヘテロ接合、Si-MOSFETなどの2次元電子系(2DES)における様々な量子輸送現象の理解を深めるため、電気容量の精密測定と非局所量子伝導を手段として以下に示す研究を行った。(1)量子ホール状態での電気容量量子ホール状態にある2DESとその上に付けたショットキーゲートとの間の電気容量の周波数依存性を調べ、4.2K〜0.4Kの温度範囲で占有数ν=2でのエッジ・チャネルの幅は約1μm程度で、温度変化は見られなかった。また、直流電流の流れた状態での電気容量を調べた。さらに、極低温・強磁場下の量子ホール・プラトーでのσ_<xx>には電場依存性が顕著であることを明らかにした。(2)アンチドット構造をもつ2DESの磁気抵抗アンチドットの構造でのホール抵抗の消失の起源を調べるため、アンチドット径を様々に変えたり、様々な配置にして試料を作り比較した。光照射によりキャリア濃度を細かく変えても調べ、ホールプラトーの消失の磁場幅がキャリア濃度に対して単調に変化しないことを見いだした。(3)平行強磁場中のバリスティック伝導2次元電子系に平行な向きの強磁場(10T程度)も加え、磁気電子フォーカス効果を用いてバリスティック散乱長に対する影響を調べた。(4)多結晶SI-MOSFETにおける電子局在強局在を示す多結晶シリコンのMOSFETの低温での電気伝導と磁気抵抗を詳しく調べた。50K以上の高温領域ではband tailの局在領域からの熱励起により、低温では結晶粒界の局在band tail状態を介したホッピング伝導によるものと考えられる。また、強局在領域で負の磁気抵抗効果を見いだした。

GaAs/AlGaAsヘテロ接合、Si-MOSFETなどの2次元電子系(2DES)における様々な量子輸送現象の理解を深めるため、電気容量の精密測定と非局所量子伝導を手段として以下に示す研究を行った。(1)量子ホール状態での電気容量量子ホール状態にある2DESとその上に付けたショットキーゲートとの間の電気容量の周波数依存性を調べ、4.2K〜0.4Kの温度範囲で占有数ν=2でのエッジ・チャネルの幅は約1μm程度で、温度変化は見られなかった。また、直流電流の流れた状態での電気容量を調べた。さらに、極低温・強磁場下の量子ホール・プラトーでのσ_<xx>には電場依存性が顕著であることを明らかにした。(2)アンチドット構造をもつ2DESの磁気抵抗アンチドットの構造でのホール抵抗の消失の起源を調べるため、アンチドット径を様々に変えたり、様々な配置にして試料を作り比較した。光照射によりキャリア濃度を細かく変えても調べ、ホールプラトーの消失の磁場幅がキャリア濃度に対して単調に変化しないことを見いだした。(3)平行強磁場中のバリスティック伝導2次元電子系に平行な向きの強磁場(10T程度)も加え、磁気電子フォーカス効果を用いてバリスティック散乱長に対する影響を調べた。(4)多結晶SI-MOSFETにおける電子局在強局在を示す多結晶シリコンのMOSFETの低温での電気伝導と磁気抵抗を詳しく調べた。50K以上の高温領域ではband tailの局在領域からの熱励起により、低温では結晶粒界の局在band tail状態を介したホッピング伝導によるものと考えられる。また、強局在領域で負の磁気抵抗効果を見いだした。