[論文レビュー] Experimental realization of a primary-filling e/3 quasiparticle interferometer

Fernando Camino, Wei Zhou+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2006

Advanced Measurement and Metrology Techniques参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、電子ビームリソグラフィーを用いて2つの広い狭窄部で囲まれた2次元電子島を定義し、1/3分数量子ホール状態における一次的充填のe/3準粒子干渉計を実験的に実現した。磁束周期3h/eおよび電荷周期e/3の導電度の揺動は、ラウフリン準粒子の任意統計を確認し、トポロジカルな量子系における分数統計の直接的証拠を提供する。

ABSTRACT

We report experiments on a Laughlin quasiparticle interferometer where the entire system is on the 1/3 primary fractional quantum Hall plateau. Electron-beam lithography is used to define an approximately circular 2D electron island separated from the 2D bulk by two wide constrictions. The interferometer consists of counterpropagating chiral edge channels coupled by quantum-coherent tunneling in the two constrictions, thus enclosing an island area. Interference fringes are observed as conductance oscillations, similar to the Aharonov-Bohm effect. The flux and charge periods of the interferometer device are calibrated with electrons in the integer quantum Hall regime. In the fractional regime we observe magnetic flux and charge periods h/e and e/3, respectively, corresponding to creation of one quasielectron in the island. Quantum theory predicts a 3h/e flux period for charge e/3, integer statistics particles. Accordingly, the observed periods demonstrate the anyonic statistics of Laughlin quasiparticles.

研究の動機と目的

• 一次的充填の1/3分数量子ホール状態における準粒子干渉計の実現を目的とする。
• 干渉測定を通じてラウフリン準粒子の任意統計を調べることを目的とする。
• 整数量子ホール状態を用いて分数量子領域における磁束および電荷周期のキャリブレーションを行うことを目的とする。
• e/3準粒子に対して3h/eの磁束周期が予測される量子理論の検証を目的とする。
• 固体系プラットフォームにおける任意粒子のコherentな量子干渉を実証することを目的とする。

提案手法

• 電子ビームリソグラフィーを用いて、2次元電子島を2つの広い狭窄部でバルクから分離して作製する。
• 干渉計は、2つの狭窄部における量子干渉的トンネル効果によって結合された反時計回りのチャネルエッジ状態を介して動作する。
• 導電度は、島にスレッドされる磁束の関数として測定され、干渉縞が観測される。
• 整数量子ホール領域で電子を用いて磁束および電荷周期をキャリブレーションする。
• 測定を、ホール充填因子ν = 1/3の分数量子ホール領域で繰り返す。
• e/3準粒子に対して予測される3h/eの磁束周期性を実験的に検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一次的充填の1/3分数量子ホール状態において、準粒子干渉計を実現できるか？
• RQ2 分数量子領域における観測された磁束周期および電荷周期が、e/3準粒子に対して理論的に予測される3h/eおよびe/3と一致するか？
• RQ3 観測された干渉パターンは、ラウフリン準粒子の任意統計と整合的か？
• RQ4 エッジ状態間の量子干渉的トンネル効果を用いて、固体系における任意統計を調べられるか？
• RQ5 2次元電子島の幾何学的形状が、任意粒子のコherentな干渉を可能にする役割は何か？

主な発見

• 1/3分数量子ホール領域で、磁束周期3h/eの導電度の揺動が観測された。
• 電荷周期はe/3に測定され、島内に1つの準正孔が生成されたことに一致する。
• 観測された3h/eの磁束周期性は、任意統計を示すe/3準粒子に対する理論的予測と一致する。
• 分数量子領域で干渉縞が観測され、コherentな量子トンネル効果およびトポロジカル位相の蓄積が確認された。
• 整数量子ホール領域でのキャリブレーションにより、磁束および電荷周期の正確な決定が保証された。
• 本結果は、固体系における分数量子ホール系における任意統計の直接的実験的証拠を提供する。