半導体超構造に於けるスカーミオン(スピン・電荷結合励起)

半导体超结构中的斯格明子（自旋/电荷耦合激发）

• 批准号: 10138203
• 负责人: 江澤 潤一
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10138203/
• 关键词: 量子ホール効果; 2層量子ホール系; 複合ボソン; 分数統計; スカーミオン; 量子位相; 渦励起; 巨視的量子コヒーレン

量子ホール系におけるスカーミオンに関して理論的および実験的研究を行った。第一の研究成果として、量子ホール効果を物理的によく説明する改良複合ボソン理論を完成した.最低ランダウ準位の基底状態はラフリンの波動関数Ψ_<LN>[X]で表され、一般の状態は解析関数ω[z]を掛けてΨ[x]=ω[z]Ψ_<LN>で記述される.私の改良複合ボソン理論は波動関数Ψ[x]からω[z]への写像として定義される.このω[z]を波動関数に持つ改良複合ボソンの場の理論を構成した。第二の研究成果として、上記の改良複合ボソン理論を2層量子ホール系に適用して新しい励起状態を予言した。2層の自由度を擬スピンと呼ぶ。スピンと擬スピンの自由度がコヒーレントに絡み合ってSU(4)の自由度が実現することを示した.このSU(4)コヒーレント相において、SU(4)スカーミオンが存在し得ることを論証したのである。この励起はランダウ準位占有率がv=2で電荷2eを持つが、これは従来の準粒子励起と全く異なる特徴である。第三の研究成果として、私が提唱した2層量子ホール系に対する複合ボソン理論のアイディアを検証する実験を東北大学理学部超低温研究施設と同大学電気通信研究所高速知能システム研究施設と共同で行い、新しい量子ホール状態の存在を確認した。我々は、2層量子ホール系で2層の電子密度を自由にコントロールして量子ホール状態の活性化エネルギーを測定した.更に、2層系を磁場中で回転して横磁場の効果も測定した.その結果、占有率v=1および2のホール状態は層間に巨視的量子コヒーレンスが自発的に発生した擬スピン強磁性状態である事を実験的に確かめた。更に、活性化エネルギーの振る舞いは、上記(第二研究成果)のSU(4)スカーミオンの励起によるものである、と考えて矛盾がない事を示した.

理论和实验研究是在量子厅系统中的碎片上进行的。作为第一个研究结果，我完成了改进的复合玻色子理论，该理论从物理上解释了量子霍尔的效应。最低Landau级别的基态由Laughlin Wave函数ψ_<ln> [x]表示，并且通过将分析函数ω[z]通过ψ[x] =ω[z] [z] [z]ψ_<ln>来描述一般状态。我的改进的复合玻色子理论定义为从波函数ψ[x]到ω[z]的映射。我已经构建了用此ω[z]作为波函数的改进复合玻色子领域的理论。作为第二个研究发现，将上述改进的复合玻色子理论应用于两层量子孔系统，以预测新的激发态。两层的自由度称为伪旋转。已经表明，自旋和伪自旋的自由度连贯地交织在一起，达到了SU的自由度（4）。该论点已经证明，在这个SU（4）连贯阶段，SU（4）可能存在Scarmion。这种激发的电荷为2E，landau水平的占用率为v = 2，这与常规准粒子激发完全不同。作为第三项研究结果，我进行了一个实验，以验证我建议的两层量子厅系统的复合玻色孔理论的想法，该系统与超克赖斯温度研究机构，科学学院，东京大学和高速情报系统研究机构合作。我们通过在两层量子孔系统中自由控制两个层的电子密度来测量量子孔状态的活化能。此外，我们还通过在磁场中旋转两层系统来测量横向磁场的效果。结果，我们通过实验证实，占用率为v = 1和2的孔状态是伪旋转铁磁状态，其中层之间宏观量子相干性在层之间自发地发生。此外，发现激活能的行为是由于上述（第二个研究发现）中su（4）scarmion的激发所致，并且没有矛盾。