マクロ・コヒーレンスを持つ新しい量子ホール状態の研究

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半導体の接合界面に形成される2次元電子は,量子ホール効果と呼ばれる超低温・強磁場下でホール伝導率が量子化され,磁気抵抗が消失する特異な性質を示す。量子ホール状態は,電子と磁束量子から構成される複合ボソンの凝縮状態と考えることができる.量子ホール状態は粒子数の揺らぎのない状態にあり,不確定性関係から位相の不確定性が無限大となり,マクロな位相は存在できない。しかし,2次元電子系を2層近接して配置した量子ホール状態は,層間のクーロン相互作用により2層の電子が互いに協力しあって新しい量子ホール状態を形成する。この様な量子ホール状態では密度差の揺らぎが許され,マクロな位相差が観測量となることが理論的に指摘されている.本研究の目的は,マクロ・コヒーレンス現象を実験で観測して,量子ホール効果が複合ボソンの凝縮状態であることを明らかにすることである.また,本研究で検出を試みるジョセフソン・プラズモン振動は,層間のトンネル効果が小さいほど周波数が低くなり実験的検出には有利である。これまで良質の試料を製作した多くの実績があるNTT物性科学基礎研究所の優れた分子線エピタキシー装置を用いて2層系試料を製作した。プラズモン励起試料だけでなく2層系試料に量子ホール効果測定のための電流,電圧端子を設けるとともに,電流密度調整のショットキーゲートを背面に取り付けた試料を作った。巨視的量子コヒーレンスの存在により期待される層間プラズマ励起観測を目的に、スプリット横型超伝導マグネットとマイクロ波測定装置を組み合わせた量子ホール効果測定システムに,希釈冷凍機を取り付けた。ν=1量子ホール状態の面内磁揚を加えたトランスポートの実験から,擬スピンのソリトン格子相と考えられる現象を見出したので、試料2軸回転量子ホール効果測定システムを用いて詳しい測定を行い,結果を発表した。