Andreev and Majorana bound states sutudied in topological Josephson junction
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19H00867
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
Ishibashi Koji 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (30211048)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥45,240,000 (Direct Cost: ¥34,800,000、Indirect Cost: ¥10,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2020: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2019: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
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| Keywords | アンドレーエフ束縛状態 / マヨラナ束縛状態 / 半導体ナノワイア / 2次元トポロジカル絶縁体 / ジョセフソン接合 / トポロジカルジョセフソン接合 / マヨラナ状態 / トポロジカル絶縁体超伝導体接合 / アンドレーエフ反射 / ヘリカルチャネル / トポロジカル超伝導 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、超伝導体(S)/正常金属(N)/超伝導体(S)からなるSNSジョセフソン接合において、正常金属部分をトポロジカル絶縁体としたときにその領域に形成されることが期待されるアンドレーエフ束縛状態やマヨラナ状態の性質を、様々な物質を用いて調べることを目的とする。その手法として交流ジョセフソン効果やマイクロ波分光を用いて、それぞれの状態及び両者の遷移領域におけるエネルギー位相関係を明らかにすることを目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
The goal of the project is to realize Josephson junctions with a InAs nanowires and monolayer WTe2 that is confirmed to be a 2-dimensional topological insulator. In the trivial condition, the Andreev bound states are formed while in the topological conditions, the Majorana bound states are predicted to be formed. Energy spectrum of the bound states have a 2pai periodicity for the former case, but they are predicted to have a 4pai periodicity for the latter case.
In the project, we have developed techniques to fabricate InAs Josephson junctions with a hard gap (clean and sharp interfaces). We have developed the unique flip chip technique to realize couplings between the Josephson junction and the microwave circuit resonator, and could measure the energy spectrum of the Andreev bound state as a function of the phase.
We started with a multilayer WTe2 as the material is hard to handle. We have succeed in forming the Josephson junction with it.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は長期的にはトポロジカル超伝導体に発現するマヨラナ量子状態の観測を目指した研究である。マヨラナ量子状態はトポロジカル量子ビットとして用いることができ、コヒーレンスに優れていることが理論的に指摘されているため、量子コンピュータの性能向上に有効である。マヨラナ量子状態はいまだ発見されていないが、量子ビット応用に適したデバイス構造である半導体ナノワイアや2次元トポロジカル絶縁体においてそれが観測されることの意義は大きい。本研究では、ジョセフソン接合に形成される束縛状態に着目し、それを実際に測定する汎用的な技術を開発した。本方法はマヨラナ量子状態が現れると期待される系に応用が可能である。
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Report
(4 results)
Research Products
(8 results)
