ナノスケールにおける多端子電気伝導に関するシミュレータ開発及び理論解析

ゼロバイアス極限における4端子抵抗の挙動において、異なる伝導径路間の複雑な干渉効果を評価するため,入射電子エネルギーと4端子抵抗スペクトルの振動ピークの間隔の関係である、「ピーク間隔スペクトル」の解析を行った。数値計算から得られた4端子抵抗のピーク間隔スペクトルと,電子波の間の位相差がその行路差のみから決まるとした単純な干渉モデルから予測されるスペクトルとを比較した結果,両者の間のずれとして,試料-プローブの接点における散乱の際の位相シフトの効果が現れることがわかった.また、以前の解析では電子-フォノン散乱等の影響による位相緩和の影響を無視していた.そこで4端子抵抗の振動的振る舞いへの位相緩和の影響について,現象論的なモデルを導入し解析を行った、その結果位相緩和によって4端子抵抗の振動の振幅は小さくなるが,ピーク間隔スペクトルは位相緩和の影響を殆ど受けないことを示した。さらに、ナノスケール系の4端子抵抗におけるバイアス電圧の影響を評価するため、本課題において開発している多端子電気伝導シミュレータへの、バイアス電圧の導入を実施した。この導入において、バイアス電圧に対応した静電ポテンシャルの境界条件の設定により、デバイス領域の電場勾配を再現した。これを用いて有限バイアスにおける4端子測定のシミュレーションを行い、ゼロバイアスにおける透過関数から予測される電位差を使用した場合電圧プローブを流れる電流はごく小さくなること、しかし完全にゼロにはならずバイアス電圧変化に対し非線形に変化することを示した。これらの結果においては、2端子伝導のような場合とは異なり、ナノスケール4端子系の電気伝導が、複数の伝導経路における伝導特性を反映した複雑な特性を表すことを示すとともに、これらの特性をプローブ間の電子の透過から理解するための明快な手法を与えており、ナノスケールの多端子伝導を理解するうえで大きな意義を持つと考えられる。

ゼロバイアス極限における4端子抵抗の挙動において、異なる伝導径路間の複雑な干渉効果を評価するため,入射電子エネルギーと4端子抵抗スペクトルの振動ピークの間隔の関係である、「ピーク間隔スペクトル」の解析を行った。数値計算から得られた4端子抵抗のピーク間隔スペクトルと,電子波の間の位相差がその行路差のみから決まるとした単純な干渉モデルから予測されるスペクトルとを比較した結果,両者の間のずれとして,試料-プローブの接点における散乱の際の位相シフトの効果が現れることがわかった.また、以前の解析では電子-フォノン散乱等の影響による位相緩和の影響を無視していた.そこで4端子抵抗の振動的振る舞いへの位相緩和の影響について,現象論的なモデルを導入し解析を行った、その結果位相緩和によって4端子抵抗の振動の振幅は小さくなるが,ピーク間隔スペクトルは位相緩和の影響を殆ど受けないことを示した。さらに、ナノスケール系の4端子抵抗におけるバイアス電圧の影響を評価するため、本課題において開発している多端子電気伝導シミュレータへの、バイアス電圧の導入を実施した。この導入において、バイアス電圧に対応した静電ポテンシャルの境界条件の設定により、デバイス領域の電場勾配を再現した。これを用いて有限バイアスにおける4端子測定のシミュレーションを行い、ゼロバイアスにおける透過関数から予測される電位差を使用した場合電圧プローブを流れる電流はごく小さくなること、しかし完全にゼロにはならずバイアス電圧変化に対し非線形に変化することを示した。これらの結果においては、2端子伝導のような場合とは異なり、ナノスケール4端子系の電気伝導が、複数の伝導経路における伝導特性を反映した複雑な特性を表すことを示すとともに、これらの特性をプローブ間の電子の透過から理解するための明快な手法を与えており、ナノスケールの多端子伝導を理解するうえで大きな意義を持つと考えられる。