Evidence for a hard gap and Wigner lattice in heavily boron-doped synthetic diamond

高濃度ボロンドープした人工ダイヤモンド中のハードキャップとウィグナー格子の実在根拠

須藤 智子*; 大橋 一利*; 佐藤 俊麿*; 太田 英二*; 岡安 悟  ; 須貝 宏行

Sudo, Tomoko*; Ohashi, Kazutoshi*; Sato, Toshimaro*; Ota, Eiji*; Okayasu, Satoru; Sugai, Hiroyuki

高濃度ボロンドープしたダイヤモンド半導体単結晶にタンデム加速器からの150MeVリンイオンを照射することにより、ダイヤモンド半導体単結晶の電気抵抗率が30K以下でのみ増加することを見いだした。さらに、この高濃度ボロンドープした人工ダイヤモンド結晶の電気抵抗率と1/fノイズスペクトルを20Kから300Kまで測定し、30Kから60Kまでは10meVのエネルギー幅を持つハードギャップが存在し、30K以下では6meVのエネルギー幅を持つWignerギャップが存在することを明らかにした。リンイオン照射による30K以下での抵抗率増加は、結晶の乱れに起因するWignerギャップの消失によると考えられる。以上の結果から、70年前にWignerが予想した、3次元個体中で伝導電子が規則配列した状態であるWigner格子が、30K以下の高濃度ボロンドープした人工ダイヤモンド単結晶中で実現していることを示した。

We have measured low frequency generation-recombination noise (g-r moise) spectra of a heavily boro-doped diamond crystal over the temperature range 20-300 K. The experimental results show that there are two peaks in the g-r noise spectrum at 120 K and 67 K, respectively. The 120 K peak corresponds to experimental evidence for the existence of hard gap having width of 10.4 meV. We interpret the 67 K peak as evidence for Wigner lattice formation whose gap width is 5.8 meV.