2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on propagation of quantum information in multiband superconductors
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21K04157
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
西尾 太一郎 東京理科大学, 理学部第二部物理学科, 教授 (40370449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
有沢 俊一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 上席研究員 (00354340)
山森 弘毅 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (00358293)
田中 康資 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (70357440)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | トポロジカルソリトン / 量子位相 / 磁束量子 / SQUID |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導体では、電子の位相はすべて揃っているため、量子位相はマクロに現れ、観測可能になる。我々は、2018年に２つの量子位相をもつ人工的な２バンド超伝導体Nb/AlO/Nbを作製することに成功し、Nb/AlO/Nbにおいて２つの量子位相の間にソリトン型の位相差が生じることを実験的に示した。位相差は、超伝導体中をソリトンとして伝播することが予想されるが、伝播実験に成功した例はまだ報告されていない。本研究の目的は、Nb/AlO/Nbに電流などを印加して位相差を駆動し、位相差のソリトンとしての振る舞いを観測することである。
当該年度は位相差を観測するためのセンサーの開発を行い、それを用いて位相差の発生条件を徹底的に調べた。開発したセンサーはSQUID素子で構成されていて、Nb/AlO/Nbループの表面すれすれの位置に固定された。最初にNb/AlO/Nbに磁場を印加して磁束量子を発生させ、開発したセンサーで測定したところ、磁束量子に付随する位相差を観測することに成功した。次にNb/AlO/Nbに様々な磁場を印加して、磁場に関する位相差の発生条件を特定することができた。次年度以降、これらの実験で得られた知見を基に位相差の伝播に関する研究を展開する予定である。
成果報告として、今年度は上記の内容について、１件の論文発表を行った。この他に関連した内容の２つの論文を投稿し、現在査読が行われている。なお、上記の内容については次年度に国際会議と学会においても公表する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度に予定していた実験が成功し、研究は順調に進んでいる。最重要課題である位相差を観測するためのセンサーの開発が成功し、研究は大幅に進展した。位相差の発生条件については開発したセンサーを用いて磁場に関する条件を特定することができた。一方、世界的なヘリウムの供給不足によって実験回数を制限する必要があったため、電流に関する位相差の発生条件の実験は予定どおり進めることができなかった。次年度、継続して実験を進めていきたい。研究全体としては順調に進んでいると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は全体としてはおおむね順調に進展しているため、今後は当初の予定どおりに進めていきたい。次年度はまず、電流に関する位相差の発生条件を特定する。発生条件の実験と同時に開発したセンサーが組み込まれた位相差伝播回路の設計・作製を行う。伝播実験を同時に行い、実験で得られた知見を基に回路を改良して進めていく。位相差伝播の長距離化などにも力を注ぎ、実用的な回路の完成を目指す。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額のほとんどは、当該年度にヘリウム代として使用する予定であった予算である。当該年度は世界的なヘリウムの供給不足により、ヘリウムを予定どおり購入できなかった。次年度以降も実験でヘリウムが必要なので、次年度使用額はヘリウム代にあてる予定である。
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