2次元トポロジカル絶縁体と超伝導体の接合におけるスピン依存伝導
Publicly Offered Research
| Project Area | Frontiers of materials science spun from topology |
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| Project/Area Number |
16H00984
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松尾 貞茂 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90743980)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2017)
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| Budget Amount *help |
¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
Fiscal Year 2017: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2016: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
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| Keywords | マヨラナ粒子 / 超伝導 / 半導体ナノ細線 / メゾスコピック物理 / トポロジカル絶縁体 / アンドレーエフ反射 / 量子ホール状態 / ヘリカル状態 / メゾスコピック系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トポロジカル絶縁体の発見を契機に、固体物性においてトポロジカル相の物性研究が活発に行われている。その中でも、超伝導体とトポロジカル絶縁体の接合はマヨラナ粒子の実現が予言されていることもあり、非常に注目を集めている。本研究では、この超伝導体とトポロジカル絶縁体の接合系の電子輸送特性におけるスピン依存性を明らかにすること、とくに、量子スピンホール状態のヘリカル端状態でのクーパー対分離と量子ホール状態でのスピン三重項超伝導近接効果の存在を実証することを目的に研究を行っている。
昨年度始めた高移動度InAs量子井戸基板上に形成した量子細線の電気測定を行った結果、1次元電子系で期待される朝永ラッティンジャー液体（TLL）的ふるまいが観測された。また、このTLLのふるまいからラッティンジャー液体パラメータを求めると0.3と小さな値となることがわかった。このことはInAs量子細線が大きな電子間相互作用を有しており、理論提案にあるような電子相関を利用したトポロジカル超伝導現象の実現に適していることが分かった。
さらに、この研究目的に挙げていたクーパー対分離に関して、ヘリカル状態ではないが二つの並列なInAsナノ細線において量子ドットを介したクーパー対分離とドットを介さない弾道的な電子輸送でのクーパー対分離を共に初めて実証することに成功した。さらに、後者では分離効率が100％を超えることも実証した。これらは並列な二つの１次元電子系においてもクーパー対分離がおきること、電子相関により分離効率が増大することを示しており、将来的な量子情報処理デバイスへの応用やパラフェルミオンの実現にもつながる非常に重要な結果である。
加えて、コルビノ型ジョセフソン接合の実験も行い、ジョセフソン渦糸の大きさと評価とそのゲート制御に成功した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(59 results)
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[Journal Article] Cooper pair splitting in two parallel InAs nanowires2018
Author(s)
Shoji Baba, Christian Junger, Sadashige Matsuo, Andreas Baumgartner, Yosuke Sato, Hiroshi Kamata, Kan Li, Soren Jeppesen, Lars Samuelson, Hongqi Xu, Christian Schonenberger, Seigo Tarucha,
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Journal Title
arXiv
Volume: 1802
Pages: 08059-08059
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[Presentation] h-BN上InAs量子細線の電気伝導特性2017
Author(s)
鎌田大, R. S. Deacon, 松尾貞茂, 馬場翔二, K. Li, H. Q. Xu, 大岩顕, 樽茶清悟
Organizer
日本物理学会2017年年次大会
Place of Presentation
大阪大学
Year and Date
2017-03-17
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[Presentation] Observation of Cooper pair splitting from superconductor to parallel coupled two InAs nanowires2017
Author(s)
Sadashige Matsuo, S. Baba, C. Juenger, Y. Sato, K. Li, H.Q. Xu, C. Schonenberger, A. Oiwa, S. Tarucha
Organizer
2nd Japan-China International Workshop on Quantum Technologies, Ito International Research Center, the University of Tokyo
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Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Josephson radiation of InAs nanowire Josephson junctions2017
Author(s)
H. Kamata, R. S. Deacon, S. Matsuo, S. Baba , K. Li, H. Q. Xu, K. Ishibashi, S. Tarucha
Organizer
22nd International Conference on Electronic Properties of Two Dimensional Systems (EP2DS-22)/18th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-18)
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[Presentation] 並列二重InAsナノ細線と超伝導体の接合におけるクーパー対分離の観測2017
Author(s)
Y. Sato, S. Baba, C. Juenger, Sadashige Matsuo, A. Baumgatner,Hiroshi Kamata , K. Li, H.Q. Xu, C. Schonenberger, A. Oiwa, S. Tarucha
Organizer
日本物理学会2017年秋季大会
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[Presentation] Equal-spin Andreev Reflection between Spin-resolved Quantum Hall Bulk State and Superconductor2016
Author(s)
S. Matsuo, K. Ueda, S. Baba, H. Kamata, M. Tateno, J. Shabani, C. J. Palmstrom, and S. Tarucha
Organizer
International workshop on nano-spin conversion science & quantum spin dynamics (NSCS-QSM)
Place of Presentation
Takeda Hall, The University of Tokyo, Tokyo, Japan
Year and Date
2016-10-12
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[Presentation] 30.K. Kuroyama, M. Larsson, T. Fujita, S. Matsuo, S. R. Valentin, A. Ludwig, A. Wieck, A. Oiwa, S.Tarucha2016
Author(s)
K. Kuroyama, M. Larsson, T. Fujita, S. Matsuo, S. R. Valentin, A. Ludwig, A. Wieck, A. Oiwa, S.Tarucha
Organizer
International workshop on nano-spin conversion science & quantum spin dynamics (NSCS-QSM)
Place of Presentation
Takeda Hall, The University of Tokyo, Tokyo, Japan
Year and Date
2016-10-12
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[Presentation] Transport properties of InAs nanowires on hexagonal boronnitride2016
Author(s)
H. Kamata, R. S. Deacon, S. Matsuo, S. Baba, K. Li, H. Q. Xu, A. Oiwa, S. Tarucha
Organizer
International workshop on nano-spin conversion science & quantum spin dynamics (NSCS-QSM)
Place of Presentation
Takeda Hall, The University of Tokyo, Tokyo, Japan
Year and Date
2016-10-12
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[Presentation] Edge mixing dynamics in s quantum Hall pn junction of graphene2016
Author(s)
Sadashige Matsuo, Shunpei Takeshita, Takahiro Tanaka, Shu Nakaharai, Kazuhito Tsukagoshi, Takahiro Moriyama, Teruo Ono, Kensuke Kobayashi
Organizer
9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids (PASPS9)
Place of Presentation
Kobe International Conference Center, Kobe, Japan
Year and Date
2016-08-08
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[Presentation] Observation of quantum state transfer from single polarized photons to single electron spins using optical Pauli blockade effect2016
Author(s)
M.Larsson, K. Kuroyama, S.Matsuo, T.Fujita, S.R.Valentin, A.Ludwig, A.Wieck, A.Oiwa, S.Tarucha
Organizer
9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids (PASPS9)
Place of Presentation
Kobe International Conference Center, Kobe, Japan
Year and Date
2016-08-08
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[Presentation] Single-electron charge sensing in InAs self-assembled quantum dots2016
Author(s)
H. Kiyama, T. Hirayama, R. Shikishima, S. Matsuo, S. Baba, N. Nagai, K. Hirakawa, S. Tarucha, A. Oiwa
Organizer
9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids (PASPS9)
Place of Presentation
Kobe International Conference Center, Kobe, Japan
Year and Date
2016-08-08
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Int'l Joint Research
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[Presentation] Generation of single photon-electron pairs from single entangled photon pairs2016
Author(s)
K. Kuroyama, M. Larsson, T. Fujita, S. Matsuo, S. R. Valentin, A. Ludwig, A. Wieck, A. Oiwa, S.Tarucha
Organizer
the 33th International Conference on the Physics of Semiconductors(ICPS2016),
Place of Presentation
Beijing International Convention Center, Beijing China
Year and Date
2016-07-31
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