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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 PowerPoint Presentation
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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

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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 . 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

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2003 3
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

slide2
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

slide3

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

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slide4
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

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slide5
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

slide7
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

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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)

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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

slide10
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

slide12

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)

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aharonov bohm
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

slide14
AB効果

Note:

is single valued

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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。

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磁気指紋

試料独特のパターン(再現性がある)

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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?

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量子カオス

C.M. Marcus et al.,

Phys.Rev.Lett.69,506(1992)

2005/5/25,6/1

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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

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