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分数量子霍尔态自旋性质的实验研究

作　者: 关童
导　师: 梅良模；颜世申；李永庆
学　校: 山东大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 量子霍尔效应稀释制冷机自旋核磁共振自旋弛豫
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 24次
引　用: 1次
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内容摘要

20世纪80年代初整数和分数量子霍尔效应的发现开创了凝聚态物理学中一个全新的研究领域。在过去30年中,这个领域取得了巨大进展。朗道量子化、无序、电子—电子相互作用和各种自旋相互作用使量子霍尔效应的研究变得丰富多彩。本篇论文主要研究分数量子霍尔态的自旋性质。自旋自由度为分数量子霍尔态带来了丰富的物理,开辟了一个引人注目的研究方向。不同基态间的相变、原子核和电子的相互作用等有趣的现象都和自旋自由度有关。在二维电子系统中,电子自旋和原子核自旋通过超精细相互作用相互耦合。这个耦合使我们可以通过核磁共振的方法来研究电子态的自旋自由度。本论文主要讲述了两方面的工作。一是通过对稀释制冷机的改造,获得了低达10 mK左右的电子温度。极低温的获得是分数量子霍尔态研究的基础,所有关于分数量子霍尔态的研究都是在极低温下进行的。二是利用电阻探测核磁共振方法来研究分数量子霍尔态的自旋性质。本论文共分为五章。第一章简单介绍了二维电子系统的研究背景以及量子霍尔效应这一领域中的基础知识和基本概念。第二章简单介绍了有关低温的基础知识并详细介绍了我们实验中用到的稀释制冷机的工作原理。第三章详细介绍了我们对稀释制冷机的改造工作。通过这个改造我们成功地将稀释制冷机的电子温度降低到了约10 mK。第四章详细介绍了电阻探测核磁共振(RDNMR)方法的基本原理,并利用电阻探测核磁共振技术研究了2/3态自旋相变和1/2态处的核自旋弛豫,验证了v=1/2态处原子核自旋弛豫时间T1不遵循Korringa定律。第五章对硕士期间的工作进行了总结。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
符号说明  11-13
第一章绪论  13-31
  1.1 二维电子系统  13-15
  1.2 电子在磁场中的运动——朗道量子化  15-22
  1.3 电子输运的经典理论  22-24
  1.4 整数量子霍尔效应  24-27
  1.5 分数量子霍尔效应  27-31
第二章低温实验技术  31-43
  2.1 低温液体  31-34
  2.2 低温制冷机  34-41
  2.3 卡皮查热阻  41-43
第三章稀释制冷机改造  43-61
  3.1 电子温度  43-45
  3.2 测量电子温度方法  45-47
  3.3 稀释制冷机的插杆改造  47-50
  3.4 测量电子温度  50-59
  3.5 本章小结  59-61
第四章电阻探测核磁共振  61-95
  4.1 核磁共振原理  61-65
  4.2 超精细相互作用  65-69
  4.3 自旋极化和核自旋弛豫时间T_1的测量  69-72
  4.4 分数量子霍尔态  72-81
  4.5 电阻探测核磁共振测量方法  81-83
  4.6 实验所用样品的初步表征  83-87
  4.7 RDNMR方法测量分数量子霍尔态  87-94
  4.8 本章小结  94-95
第五章总结  95-97
参考文献  97-101
致谢  101-102
攻读硕士学位期间发表的学术论文  102-103
学位论文评阅及答辩情况表  103

分数量子霍尔态自旋性质的实验研究

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