量子ホール系におけるランダウ準位間励起のテラヘルツ偏光分光

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量子ホール効果は電子の局在現象が寄与し、ホール抵抗に量子化されたプラトー構造を生じる現象である。一方高周波数、特にテラヘルツ周波数領域はランダウ準位間の遷移エネルギーに相当するため、このようなプラトー構造を示すか自明ではない。光周波数領域のホール伝導度は偏光測定により決定できる。しかしながら量子ホール効果に由来する構造を観測するためにはmrad程度の微小回転角の測定が不可欠である。このため0.5mrad以上の検出感度を持つ高感度テラヘルツ偏光分光測定系を開発し、GaAs/AlGaAs2次元電子系のテラヘルツホール伝導度の決定を行った。前年度は3Kにおいて偏光測定を行い、ホール伝導度にプラトー構造を観測した。本年度はこの構造が量子ホール効果によるものかを明らかにするために、20Kで同様の測定を行った。得られたホール伝導度はプラトー構造を示さず、自由電子的なDrudeモデルに従った。この振る舞いは直流領域と一致し、これにより観測されたプラトー構造が量子ホール効果を由来とするものであることを明らかにした。一方テラヘルツホール伝導度に観測されたプラトー構造は、その中心磁場がランダウ準位間の中心よりも弱磁場側にずれていた。このためこの原因について考察を行った。青木らによれば、局在現象を特徴づける局在長はそのエネルギー依存性がランダウ準位ごとに異なる[H. Aoki and T. Ando, Phys. Rev. Lett. 54, 831 (1985)]。故にランダウ準位間の中心に対し、局在長は非対称であり、プラトー構造はずれを生じうる。この効果は高周波数になり系を特徴づける長さが短くなるほど顕著になるため、観測された振る舞いを説明することが可能である。量子ホール効果の起源である局在現象は系を特徴づける長さと局在長との大小関係により表される。この関係がテラヘルツ周波数でも成立すると考えれば、本研究結果はこの周波数領域においても系を特徴づける長さが局在長より長いスケールを持っていることを示唆していると言える。