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2011 Fiscal Year Annual Research Report

超伝導、常伝導ハイブリッド構造を持つ単電子トランジスタによる電流標準の研究

Research Project

Project/Area Number 23860072
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

中村 秀司  独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究員 (70613991)

Keywords電流標準 / 単電子トランジスタ / 超伝導 / 極低温 / 高周波 / メゾスコピック系 / 微小接合
Research Abstract

本研究の目的は、超伝導/絶縁体/常伝導/絶縁体/超伝導(SINIS)接合構造をもつ単電子トランジスタを用いて直流電流標準を実現することである。電流値を正確に測定することは、構造の微細化が進み微小な電流を測定することが求められる現在のエレクトロニクスにおいては必須な技術である。これまでの電流標準は、ジョセフソン電圧標準および量子ホール抵抗標準を用いて間接的に実現されてきたが、本研究では、SINIS接合構造を持つ単電子トランジスタを用いることにより直接的に電流の標準を実現し、実現した単電子トランジスタを並列に組み合わせることで、ナノテクノロジーなどにおいて重要性が増している数pA~数nAの電流標準の確立を目指している。本年度は、SINIS接合構造をもつ単電子トランジスタを動作させるため希釈冷凍機中に高周波ケーブルの組み込み、室温測定系の構築を行った。また電流を生成するSINIS型単電子トランジスタの作製を行った。この成果については「日本物理学会第67回年次大会」「NMIJ成果発表会」において発表を行い、「計量標準報告」に解説記事を投稿した。今後はさらにこのSINIS型単電子トランジスタを並列化させ大電流化を目指す。またこの研究を発展させジョセフソン効果による電圧、量子ホール効果による抵抗と組み合わせ、電気素量eの絶対測定、オームの法則を介した基礎物理学定数の整合性の確認を行う予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初計画通り、測定系の構築、電流標準サンプルの作製を行い、その結果について学会等で発表を行っている。また当初予定した超伝導、常伝導を用いた単電子トランジスタ素子だけではなく、半導体二次元電子系を用いた新規デバイスも作製しており計画は当初の予定以上に進んでいるものと考える。

Strategy for Future Research Activity

数pA~数nAの電流標準の確立を目指して超伝導、常伝導単電子トランジスタを用いた研究を引き続き行う。今後は構築した測定系を用いて作製した素子の動作を確認し、並列化素子を用いて定電流生成を目指す。また、超伝導、常伝導単電子トランジスタだけではなく、半導体二次元電子系を用いた素子、一次元超伝導細線を用いた素子による電流標準の研究も並行して研究を進め電流標準実現に向けた研究を加速させる。

  • Research Products

    (18 results)

All 2012 2011

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (11 results)

  • [Journal Article] Shot noise induced by electron-nuclear spin-flip scattering in a nonequilibrium quantum wire2012

    • Author(s)
      Kensaku Chida, et al.
    • Journal Title

      Physical Review B (R)

      Volume: 85 Pages: 041309-1、041309-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.85.041309

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-equilibrium transport in a quantum wire in the quantum Hall regime2011

    • Author(s)
      K Chida, M Hashisaka, Y Yamauchi, S Nakamura, T Arakawa, T Machida, K Kobayashi and T Ono
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 334 Pages: 012031

    • DOI

      DOI:10.1088/1742-6596/334/1/012031

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dispersive Lineshape Of The Resistively Detected NMR In A Quantum Wire In The Quantum Hall Regime2011

    • Author(s)
      K.Chida1, M.Hashisaka, Y.Yamauchi, S. Nakamura, T. Arakawa, T. Machida, K. Kobayashi, and T. Ono
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1399 Pages: 675

    • DOI

      DOI:http://dx.doi.org/10.1063/1.3666557

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nonequilibrium fluctuation relations in a quantum coherent conductor2011

    • Author(s)
      Shuji Nakamura, Yoshiaki Yamauchi, Masayuki Hashisaka, Kensaku Chida, Kensuke Konbayashi, Teruo Ono, Renaud Leturq, Klaus Ensslin, Keiji Saito, Yasuhiro Utsumi, and Arthur C. Gossard
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1399 Pages: 329

    • DOI

      DOI:http://dx.doi.org/10.1063/1.3666387

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sub-Poissonian shot noise in CoFeB/MgO/CoFeB-based magnetic tunneling junctions2011

    • Author(s)
      Tomonori Arakawa,Koji Sekiguchi, ShujiNakamura, Kensaku Chida,Yoshitaka Nishihara, Daichi Chiba, Kensuke Kobayashi, Akio Fukushima,Shinji Yuasa, Teruo Ono
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 98 Pages: 2022103

    • DOI

      DOI:10.1063/1.3590921

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evolution of the Kondo Effect in a Quantum Dot Probed by Shot Noise2011

    • Author(s)
      YoshiakiYamauchi, KojiSekiguchi,KensakuChida, Tomonori Arakawa,ShujiNakamura, KensukeKobayashi, TeruoOno, TatsuyaFujii and Rui Sakano
    • Journal Title

      Physical Review Letter

      Volume: 106 Pages: 176601

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.106.176601

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluctuation theorem and microreversibility in a quantum coherent conductor2011

    • Author(s)
      Shuji Nakamura, et al.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 83 Pages: 155431-1,155431-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.83.155431

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電流標準実現に向けた測定系の開発と素子作製2012

    • Author(s)
      中村秀司, 他
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学、兵庫県
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] アハラノフ・ボームリングにおける非平衡揺らぎ関係2012

    • Author(s)
      西原禎孝, 他
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学、兵庫県
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] 電流ゆらぎ測定による量子ホール効果ブレークダウン前駆現象の観測II2012

    • Author(s)
      知田健作, 他
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学、兵庫県
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] トンネル磁気抵抗素子における電子のアンチバンチングの観測2011

    • Author(s)
      荒川智紀, 他
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学、富山県
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] InGaAs二次元電子系上に作製した量子ポイントコンタクトにおける電流雑音測定2011

    • Author(s)
      中村秀司, 他
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学、富山県
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] InGaAs二次元電子系に作製した量子ポイントコンタクトにおける電流揺らぎ測定I2011

    • Author(s)
      西原禎孝, 他
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学、富山県
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] 電流ゆらぎ測定による量子ホール効果ブレークダウン前駆現象の観測2011

    • Author(s)
      知田健作, 他
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学、富山県
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] InGaAs量子ポイントコンタクトを用いたRashbaスピン軌道相互作用による電気的スピン生成2011

    • Author(s)
      好田誠, 他
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学、富山県
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] Electrical spin generation by Rashba spin orbit interaction in InGaAs quantum pointcontacts2011

    • Author(s)
      M.Kohda, et al.
    • Organizer
      SPINTECH6
    • Place of Presentation
      Matsue, Miyagi, Japan
    • Year and Date
      2011-08-05
  • [Presentation] Shot noise measurement in the InGaAs quantum point contacts2011

    • Author(s)
      Y.Nishihara, ert al.
    • Organizer
      SPINTECH6
    • Place of Presentation
      Matsue, Miyagi, Japan
    • Year and Date
      2011-08-03
  • [Presentation] Observation of Sub-Poissonian Shot Noise in CoFeB/MgO/CoFeB-Based Magnetic Tunneling Junctions2011

    • Author(s)
      T.Arakawa, et al.
    • Organizer
      SPINTECH6
    • Place of Presentation
      Matsue, Miyagi, Japan
    • Year and Date
      2011-08-03

URL: 

Published: 2013-06-26  

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