走査プローブ法を用いた量子多体系の相転移の研究

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1)核断熱消磁冷凍法により51μKの超低温度を達成し、グラファイト表面に吸着した単原子層^3Heの比熱とNMR測定を開始した。これは本格的な物性測定としては世界有数の低い温度である。その結果、高密度流体^3Heの準粒子有効質量が裸の^3He質量の20倍もあり、この系が強く相互作用した2次元フェルミ流体であることを見出した。現在、試料密度を変えながら2次元の超流動転移を探索している。また、低密度整合固相の零磁場比熱を測定し、我々が以前報告した緩やかなダブルピーク構造を再確認した。現在は、磁場下での量子スピン液体状態の"スピン固化"を探索するため、磁場中比熱測定を行っている。2)昨年度までに建設の終了した超低温走査トンネル顕微鏡をテスト運転した結果判明した種々の問題点を改良し、最終的に史上最も低い試料温度(30mK)で原子分解能を有する装置となった。現在、2次元固体の構造、半導体量子構造の観測準備をしている。3)弱結合半導体量子ドットを用いて、理想的な直列接続2準位系(それぞれスピン縮退)を実現し、その電気伝導がパウリの排他律によって整流特性を示すことを明らかにした。これによって、電気伝導におけるパウリ効果の一般性を実証することができた。また、半導体量子ドット中のスピン緩和時間を測定するポンプ・プローブ法を開発し、200μsを越える極めて長い緩和時間の存在を初めて捕らえた。4)電子状態のSTM観察用として、InAs/GaAs系の自然形成ドットと自然形成アンチドットを準備した。前者では、ドットの中に閉じ込められた電子系、後者ではドットの回りに引き付けられた電子系("スーパーアトム状態")が形成される。極低温STM装置については、STMヘッドを^3He冷凍機に取り付け、長期間(2ヶ月)の高温ベークの末、半導体劈開面の観察に必要な超高真空度を達成し、InAsバルク結晶の劈開面の観察を行った。今後、自然形成ドット、自然形成アンチドットの順で劈開面の観察を行う予定である。