2018 Fiscal Year Final Research Report
Design of topological effects in semiconductor nanostructures
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16H02204
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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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| Research Field |
Condensed matter physics I
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
Loss Daniel 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)
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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| Research Collaborator |
Hsu Chen-Hsuan
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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 Final Research Achievements |
We have accomplished several research goals planned for this project. (1) On designing topological nanoscale systems, we theoretically demonstrated that fractional boundary charges can be realized in a one-dimensional quantum dot array, and that Majorana bound states can be realized using skyrmionic spin texture. In addition, we proposed a tune-free scheme to stabilize Majorana Kramers pairs in higher-order topological insulators. (2) On characterizing potential platforms for topological matters, we theoretically investigated nuclear spin effects in two-dimensional topological insulators. Experimentally, we demonstrated Cooper pair splitting in proximitized InAs nanowires with high efficiency, a condition for Majorana Kramers pairs. (3) On searching topological signatures, we observed unconventional ac signals in Josephson junctions made of HgTe-based topological weak links. Our results establish foundations for future research on topological matter in semiconductor nanostructures.
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| Free Research Field |
Physics
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
物質中のトポロジカル相は現在のハードウェアの限界を超える情報処理を可能にすると期待されている。その実現には多くの障害を除去する必要がある。本研究はトポロジカル相の実現で障害となる要素の物理を理解し、その除去手法の実現に重要となるものである。本研究では広い分野での基礎、応用研究への発展が期待できる半導体に注目した。特にトポロジカル相の舞台となる物質における信頼性の高い評価手法の確立を行った。また、より制御性の良いロバストなトポロジカル相の実現手法の設計やその要素技術の実証を行い、生成、検出、制御手法を発展させた。本研究は完全に保護された量子計算やその他の新技術への道を示す重要なものである。
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