2021 Fiscal Year Annual Research Report
トポロジカルジョセフソン接合におけるアンドレーエフ及びマヨラナ状態の研究
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19H00867
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
石橋 幸治 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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| Keywords | ジョセフソン接合 / 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では常伝導体を超伝導体で挟んだジョセフソン接合に形成されるアンドレーエフ束縛状態について調べた。特に、常伝導体として、トポロジカル超伝導転移が期待されるスピン軌道相互作用が強い半導体ナノワイア（InAs）と2次元トポロジカル絶縁体（2DTI)である単層WTe2を取り上げた。トポロジカル転移が実現するとアンドレーエフ束縛状態ではなくマヨラナ束縛状態が形成され、これはトポロジカル量子コンピュータに応用できることから注目されている。
半導体ナノワイアでは、ユーリッヒ研究所（独）との共同研究により、先方で高品質InAsナノワイアを成長し独特のシャドー堆積法により超伝導体であるAlやNbを真空を破ることなく堆積しジョセフソン接合を形成した。様々な物質からなるジョセフソン接合に利用するため、超伝導体で作製したマイクロ波共振器と接合を含むデバイスを別々のチップに作製し、それらを張り合わせることにより結合を実現するフリップチップ法を開発し、接合とマイクロ波共振器との強い結合を実現した。これにより、アンドレーエフ束縛状態のエネルギー準位を位相やゲート電圧の関数として観測することに成功した。InAsではエネルギースペクトルにおいてスピン軌道相互作用による準位の分裂が観測された。
WTe2は空気にさらされると容易に劣化するためデバイスプロセスが極めて困難である。多層WTe2で得られた知見である、電極として用いるPdがプロセス中の温度上昇によりWTe2内に拡散し良好な超伝導電極となることを利用して単層WTe2を用いてジョセフソン接合デバイスを作製するプロセスを開発した。ジョセフソン接合特性を示すデバイスを得ることができたもののトポロジカル転移を調べるほどの歩留まりが得られていない。
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| Research Progress Status |
令和3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 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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