2層分数量子ホール状態におけるジョセフソントンネル効果の実験的研究

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2次元電子系は低温・強磁場で量子ホール効果を示す。特に最低ランダウレベルがフェルミ面に達する磁場では分数量子ホール効果が顕著になる。この領域の量子ホール効果の振る舞いは、磁束量子と電子を組み合わせた複合粒子として考えることが有効である。特に偶数の磁束量子と電子を組み合わせた複合フェルミオンモデルは、あざやかにこれまでの実験を説明することで有効性が実証されている。しかしながら、奇数個の磁束量子と組み合わせた複合ボソンモデルの有効性はいまだ実証されていない。これは、コヒーレントな基底状態が実現し、超伝導と同じようにジョセフソン効果などが期待できる。我々は、GaAs-AlAsの超格子を分子線エピタキシ-法で成長させ、2層2次元の電子系の試料を得た。移動度5×10^5cm^2/Vsの良質な試料である。さらに、電子密度を調整するゲートなどを取り付けデバイス化した。ゲート電圧を調整して電子密度比を変えて量子ホール効果を測定し、ν=1があらゆる密度比率で安定であることを見いだした。このことはν=1がコヒーレントな2層系の量子ホール状態であることを示している。この結果は本研究の大きな成果であり、今後、論文、国際会議などで発表する。また、今後の研究の大きな足がかりを得ることができた。