メゾスコピック系の物理（物理総合）大槻東巳（協力 : 吉田順司 , 2003 年 3 月上智大学理学博士）

メゾスコピック系の物理（物理総合）大槻東巳（協力:吉田順司, 2003年3月上智大学理学博士） • 目次1）メゾスコピック系とは2）舞台となる2次元電子系3）バリスティック系の物理コンダクタンスの量子化クーロン・ブロッケード4）拡散系の物理AB効果普遍的なコンダクタンスの揺らぎ量子カオス 2005/5/25,6/1

物性理論とは？ 統計力学、量子力学に基づいて物質の性質を説明するもの。　統計力学　　マクロ系 (mm以上) 　量子力学　　ミクロ系 (nm以下) 半導体のメモリチップ 1cm2に100Mバイト（800Mビット） 10-5cm=0.1ミクロン　　可視光の波長のオーダー半導体集積回路 2005/5/25,6/1

1チップ当たりの集積数 （単位：千個）半導体の処理速度（単位：MPS）半導体におけるムーアの経験則集積度は18ヶ月で2倍　　3年で大きさが半分現代のマイクロプロセッサー真空管コンピュータＥＮＩＡＣ 2005/5/25,6/1

サブミクロン領域の物性物理が必要 Mesoscopic メゾスコピック系、ナノサイエンス 2005/5/25,6/1

メゾスコピック系の実現される系 2次元電子系； Si-MOS FET、GaAs/AlGaAsヘテロ接合などで実現される MOS FET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 2005/5/25,6/1

実際のメゾスコピック系の例 1mm 0．65mm 2005/5/25,6/1

メゾスコピック系に現れる量子現象 長さがmmとは何を意味するか？（物理では、何に比べて重い長いと言わなければいけない！）典型的な長さのスケール系の長さ　　　　L弾性散乱長　　位相緩和長量子力学的な効果を見るには 2005/5/25,6/1

メゾスコピック系の分類 • バリスティック系散乱が一度もなく電流が流れる　・コンダクタンスの量子化　・クーロンブロッケード • 拡散領域散乱が複数回起こる　・A-B効果　・コンダクタンスの普遍的な揺らぎ　・量子カオス（壁での散乱） 2005/5/25,6/1

古典的には G：コンダクタンス, I/V W:サンプルの幅 2005/5/25,6/1

コンダクタンスの量子化 G=2e2/hの整数倍に量子化（h/e2 25kW） G:コンダクタンス W:サンプルの幅 2005/5/25,6/1

Van Wees 他；Phys. Rev. Lett. 60, 848–850 (1988) 2005/5/25,6/1

端子量子ドット端子クーロンブロッケード電子一個のトンネル現象, e2/2Cの静電エネルギー U. Meirav et al., Phys.Rev.Lett.65,771(1990) 2005/5/25,6/1

Aharonov-Bohm効果 電子波の干渉効果（電子は磁場ではなく、ベクトルポテンシャルを感じる。） Φ0=h/eの周期で変化 R.A. Webb et al., Phys.Rev.Lett.54,2696(1985) 2005/5/25,6/1

AB効果 Note: is single valued 2005/5/25,6/1

普遍的コンダクタンス揺らぎ コンダクタンス揺らぎの大きさは <G>に依存しないでe2/h程度である。 2005/5/25,6/1

磁気指紋 試料独特のパターン（再現性がある） 2005/5/25,6/1

exp(at)δｘ δｘカオスとは • 初期状態の違いδx　t秒後にはexp(at) δx • 予測が不可能 • 量子系では？ 2005/5/25,6/1

量子カオス C.M. Marcus et al., Phys.Rev.Lett.69,506(1992) 2005/5/25,6/1

次回の予告 • 今日やった現象を大学3年生でもわかるように黒板で説明。クーロンブロッケード,AB効果など。 • 今日やったpowerpointファイルは講義ノートのページにおいてある(学科のページにあるのはちょっと古いかも)。 www.ph.sophia.ac.jp/~tomi/kougi_note 2005/5/25,6/1

メゾスコピック系の物理（物理総合）大槻東巳（協力 : 吉田順司 , 2003 年 3 月上智大学理学博士）