2018 Fiscal Year Annual Research Report
Design of topological effects in semiconductor nanostructures
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16H02204
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
ロス ダニエル 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (00524000)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
STANO PETER 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (10722746)
樽茶 清悟 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, グループディレクター (40302799)
ディーコン ラッセル 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (40552443)
鎌田 大 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (70755545) [Withdrawn]
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 – 2019-03-31
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| Keywords | 半導体物性 / 物性実験 / 物性理論 / マヨラナ粒 / 超伝導 / 電子対分離 / スピン軌道相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
理論研究において、フォノンによるマヨラナ粒子の安定性への影響を評価し、有限温度の条件では長距離相関に起因する不安定化が起こることがわかった。これはマヨラナ粒子のエネルギー分裂や寿命が有限サイズの系では指数関数的に小さくはなりえないことを意味している。また、高次トポロジカル絶縁体と超伝導接合においてマヨラナクラマース対が出現することを提案した。さらに、InAs細線における電子相関の強さを理論的に評価した。
実験研究では、InAsナノ細線ジョセフソン接合において、超伝導電流の観測および高周波測定による交流ジョセフソン効果の観測を行った。明瞭な超伝導電流を観測し、交流ジョセフソン効果をシャピロステップ測定およびジョセフソン雑音測定において観測することに成功した。さらに、磁場を印加すると交流ジョセフソン効果の高周波信号が接合近傍の抵抗の変化によって変調を受けることを見出した。
二重ナノ細線での超伝導接合に関しては、微細加工技術の改善によりゲート電圧に対するデバイスの安定性が大幅に向上した。その手法により作製した二重ナノ細線ジョセフソン接合でのシャピロステップの測定にも成功した。加えて、トポロジカル絶縁体BiSbTeから作製したジョセフソン接合で超伝導電流のゲート制御に成功し、鏡面アンドレーエフ反射の兆候を観測した。加えて、シャピロステップの測定を行ったが、マヨラナ粒子の兆候は得られなかった。
また、高周波測定によるトポロジカル接合のスペクトロスコピーを目指し、実験系の構築を行った。現在までにInAsジョセフソン接合におけるアンドレーエフ束縛状態の検出に成功している。また、量子スピンホール状態候補物質である単層WTe2のジョセフソン接合作製のための微細加工技術の開発を行った。現在までに多層WTe2に対するエッジコンタクトの形成に成功している。また、ワイル半金属であるPtSe2においてカイラル異常の観測を行った。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Strong Electron-Electron Interactions of a Tomonaga--Luttinger Liquid Observed in InAs Quantum Wires2019
Author(s)
Yosuke Sato, Sadashige Matsuo, Chen-Hsuan Hsu, Peter Stano, Kento Ueda, Yuusuke Takeshige, Hiroshi Kamata, Joon Sue Lee, Borzoyeh Shojaei, Kaushini Wickramasinghe, Javad Shabani, Chris Palmstrom, Yasuhiro Tokura, Daniel Loss, Seigo Tarucha
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 99
Pages: 155304
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Dominant non-local superconducting proximity effect due to electron-electron interaction in a ballistic double nanowire2018
Author(s)
Kento Ueda, Sadashige Matsuo, Hiroshi Kamata, Shoji Baba, Yosuke Sato, Yusuke Takeshige, Kan Li, Soren Jeppesen, Lars Samuelson, Hongqi Xu, Seigo Tarucha
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Journal Title
arXiv
Volume: 1810
Pages: 04823
DOI
Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Strong Electron-Electron Interactions of Tomonaga-Luttinger Liquid observed in InAs Quantum Wires2018
Author(s)
Yosuke Sato,Sadashige Matsuo, Chen-Hsuan Hsu, Kento Ueda, Yuusuke Takeshige, Hiroshi Kamata, Joon Sue Lee, Borzoyeh Shojaei, Javad Shabani,Chris Palmstr?m,Yasuhiro Tokura,Peter Stano,Daniel Loss,and Seigo Tarucha
Organizer
8th Summer School on Semiconductor/Superconducting Quantum Coherence Effect and Quantum Information
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[Presentation] Tomonaga-Luttinger liquid behaviour in 1D electron system fabricated from InAs Quantum well holding strong spin-orbit interaction2018
Author(s)
Yosuke Sato, Sadashige Matsuo, Chen-Hsuan Hsu, Peter Stano, Daniel Loss, Kento, Ueda, Yuusuke Takeshige, Hiroshi Kamata, Joon Sue Lee, Borzoyeh Shojaei, Javad Shabani, Christopher Palmstrom, Yasuhiro Tokura, Seigo Tarucha
Organizer
34th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2018)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Evaluation of Josephson Vortex Core Size Induced in Corbino-geometry Josephson Junctions2018
Author(s)
Matsuo Sadashige , Tateno Mizuki , Sato Yosuke, Ueda Kento, Takeshige, Yusuke, Kamata Hiroshi, Lee Joon Sue, Shojaei Borzoyeh, Palmstrom Christopher J. , Tarucha Seigo,
Organizer
20th International Conference on Superlattices, Nanostructures and Nanodevices (ICSNN)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Anomalous modulation of Josephson radiation in nanowire-based Josephson junctions2018
Author(s)
Hiroshi Kamata, Russell S. Deacon, Sadashige Matsuo, Kan Li, Soren Jeppesen, Lars Samuelson, Hongqi Xu, Koji Ishibashi, Seigo Tarucha
Organizer
34th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2018), Montpellier, France, 2018/7/30
Int'l Joint Research
