メゾスコピック系における非平衡電流雑音を用いた電子相関の研究

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統計力学において、平衡状態近傍の物理系は、久保の線形応答理論・Onsager-Casimirの関係式などに代表されるように、相当良く理解されている。その一方で、この枠組みを超えた非平衡領域における一般的な法則を見つけ出し、非平衡系を定量的に記述しようという試みも長年行われているが、未だ統一的な理解は得られていない。そのような中、近年「揺らぎの定理」と呼ばれる法則が注目を浴びている。この「揺らぎの定理」は熱力学第二法則(エントロピー増大の法則)の破れを定量的に記述し、非平衡系においても厳密に成立する定理である。この「揺らぎの定理」はこれまでコロイド粒子を用いた古典的な系においてのみ検証され、物質の波動性が強く表れる量子力学的な系においては検証されてこなかった。本研究では、「揺らぎの定理」が量子力学の支配的な系においても半定量的に成立していることを示した。研究は半導体二次元電子系上に作製されたアハラノフ・ボームリングと呼ばれる直径500nm程度の微小なリングを用いて行った。アハラノフ・ボームリングにバイアス電圧を印加し、そこに流れる電流と電流雑音を測定した。これらを多項式によってfittingし、各係数間の関係を調べた。その結果、「揺らぎの定理」によって予想される係数間の比例関係と半定量的に一致した。また、この研究をさらに進めることによって、この系において微視的可逆性が保たれていることをしめした。以上の結果から「揺らぎの定理」が量子力学系においても成立していることを実験的に確かめた。