2023 Fiscal Year Research-status Report
Semiconductor-based topological superconducting spintronics: Creation of next-generation quantum information infrastructure
| Project/Area Number |
23K17324
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
田中 雅明 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30192636)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Le DucAnh 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50783594)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2027-03-31
|
| Keywords | 強磁性半導体 / スピン / ヘテロ構造 / バンド構造 / トポロジカル / 超伝導 / デバイス / 次世代量子情報基盤 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
量子情報技術の大きな課題であった外乱に強いプラットフォームを構築するため、申請者が開発した強磁性半導体をベースとしたヘテロ接合材料技術を駆使して、半導体-強磁性-超伝導の機能をもつ複合構造を形成し、Majorana準粒子状態を観測、ゼロ磁場でゲート電圧で制御することで、ロバスト性が高い究極のトポロジカル量子情報技術基盤を創ることを目的としている。今年度は以下の研究を行った。
（１）究極の狭ギャップ半導体として、世界最高品質の単結晶ダイヤモンド型結晶構造をもつα-Sn薄膜をIII-V族半導体InSb上にエピタキシャル成長することに成功した。量子輸送測定と解析により、α-Snがトポロジカル・ディラック半金属であること、膜厚を薄くすると２次元トポロジカル絶縁体（および通常の絶縁体になるなど、多様なトポロジカル相を持つことを示した。
（２）上記のα-Sn（トポロジカル物質）のエピタキシャル薄膜にEBやレーザ描画によってβ-Sn（超伝導体）の任意形状のパターンを書き込むことに成功した（2022年7月14日サイトビジットでのスライド資料p.43参照）。マヨラナ束縛状態は超伝導体の界面に存在することが理論的にわかっているので、この技術はトポロジカル量子回路の作製方法として有望であり、研究を進めている。
（３）InAs/InFeAsからなる量子井戸構造において、電子の波動関数操作によりピコ秒以下の超高速で磁化制御を実現し、テラヘルツ周波数帯で動作する低消費電力スピンデバイスに向けて新機能を実証した。
（４）非磁性半導体InAs/強磁性半導体GaFeSbからなるヘテロ接合を作製し、非磁性半導体に大きなスピン分裂（18meV）を観測し、電圧で制御できることを実証した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2023年度は1年目であるが、強磁性半導体／非磁性半導体ヘテロ構造、量子井戸構造、トポロジカル物質／超伝導体からなるヘテロ構造の作製に成功し、その量子効果・量子現象を観測し、成果を論文にまとめるところまで到達した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、強磁性半導体／非磁性半導体ヘテロ構造、量子井戸構造、トポロジカル物質／超伝導体からなるヘテロ構造の作製技術を高め、機能開発とデバイス応用を行う。
|
Research Products
(94 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Ultrafast enhancement of magnetization in ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As quantum wells2024
Author(s)
Le Duc Anh, Masaki Kobayashi, Takahito Takeda, Toshihide Sumi, Masafumi Horio, Kohei Yamamoto, Yuya Kubota, Shigeki Owada, Makina Yabashi, Iwao Matsuda, Masaaki Tanaka
Organizer
American Physical Society (APS) March Meeting 2024
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Bi/MnGa ヘテロ構造における界面トポロジカル状態 Interface Topological States in a Bi/MnGa Heterostructure2024
Author(s)
小林正起，N. H. D. Khang，武田崇仁, 荒木恒星, 岡野諒, 鈴木雅弘, 黒田健太, 矢治光一郎, 菅原克明, 相馬清吾, 中山耕輔, 北村未歩, 堀場弘司, 藤森淳, 佐藤宇史, 辛埴, 田中雅明, P. N. Hai
Organizer
Spin-RNJ 2023年度報告会
-
-
-
[Presentation] 集束イオンビーム照射によるディラック半金属a-Sn から超伝導体b-Sn への同素体転移 Allotropic transition of Dirac semimetal α-Sn to superconductor β-Sn induced by focused ion beam irradiation2024
Author(s)
稲垣洸大,石原奎太,堀田智貴,関祐一, 武田崇仁 , 石田達拡, 大槻太毅, 川崎郁斗, 藤森伸一, 田中雅明, Le Duc Anh, 小林 正起
Organizer
Spin-RNJ 2023年度報告会
-
-
-
[Presentation] 強磁性遷移金属酸化物SrRuO3 超高品質薄膜におけるRu 4d-O 2p 混成状態密度2024
Author(s)
関祐一, 若林勇希, 武田崇仁, 稲垣洸大, 藤森伸一, 竹田幸治, 谷保芳孝, 山本秀樹, Yoshiharu Krockenberger, 藤森淳, 田中雅明, 小林正起
Organizer
Spin-RNJ 2023年度報告会
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Developments of novel spintronics functionalities using oxide heterostructures2023
Author(s)
Shinobu Ohya, Tatsuro Endo, Shun Tsuruoka, Yuriko Tadano, Shingo Kaneta-Takada, Yuichi Seki, Masaki Kobayashi, Le Duc Anh, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, and Masaaki Tanaka
Organizer
EU-Japan Workshop on Spintronics and Quantum Transformation (Spin-QX 2023)
Int'l Joint Research / Invited
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Giant spin-valve effect and FET operation in nano-channel oxide devices made using metal-insulator transition2023
Author(s)
Tatsuro Endo, Shun Tsuruoka, Yuriko Tadano, Shingo Kaneta-Takada, Yuichi Seki, Masaki Kobayashi, Le Duc Anh, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
Organizer
29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE29)
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] High-mobility Two-dimensional carriers from surface Fermi arcs in ferromagnetic Weyl semimetal SrRuO3 films2023
Author(s)
Yuki. K. Wakabayashi, Shingo Kaneta-Takada, Yoshiharu Krockenberger, Toshihiro Nomura, Yoshimitsu Kohama, Hiroshi Irie, Kosuke Takiguchi, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Yoshitaka Taniyasu, and Hideki Yamamoto
Organizer
Materials Research Society (MRS) Fall Meeting
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] Interface States between Topological Insulator Bi and Ferromagnet MnGa Observed by Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy2023
Author(s)
Masaki Kobayashi, Nguyen H. D. Khang, Takahito Takeda, Kohsei Araki, Ryo Okano, Masahiro Suzuki, Kenta Kuroda, Koichiro Yaji, Katsuaki Sugawara, Seigo Souma, Kosuke Nakayama, Miho Kitamura, Koji Horiba, Atsushi Fujimor, Takafumi Sato, Shik Shin, Masaaki Tanaka, and Pham Nam Hai
Organizer
International grand meeting (MRM2023/IUMRS-ICA2023)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] 強相関強磁性遷移金属酸化物SrRuO3薄膜における軌道に依存したRu 4d-配位子混成状態密度の観測2023
Author(s)
関祐一, 若林勇希, 武田崇仁, 稲垣洸大, 藤森伸一, 竹田幸治, 谷保芳孝, 山本秀樹, Yoshiharu Krockenberger, 藤森淳, 田中雅明, 小林正起
Organizer
日本物理学会第78回年次大会
-
[Presentation] 集束イオンビーム照射によるディラック半金属α-Snの超伝導体 β-Snへの同素体転移2023
Author(s)
稲垣 洸大, 石原 奎太, 堀田 智貴, 関 祐一, 武田 崇仁, 石田 達弘, 大槻 太殻, 川崎 郁人, 藤森 伸一, 田中 雅明, Le Duc Anh, 小林 正起
Organizer
日本物理学会第78回年次大会
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] 強相関強磁性遷移金属酸化物SrRuO3における軌道依存Ru 4d-O 2p混成状態密度2023
Author(s)
関祐一, 若林勇希, 武田崇仁, 稲垣洸大, 藤森伸一, 竹田幸治, 谷保芳孝, 山本秀樹, Yoshiharu Krockenberger, 藤森淳, 田中雅明, 小林 正起
Organizer
2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会
-
[Presentation] 集束イオンビーム照射によるディラック半金属α-Snの超伝導体β-Snへの同素体転移2023
Author(s)
稲垣洸大, 石原奎太, 堀田智貴, 関祐一, 武田崇仁, 石田達拡, 大槻太毅, 川崎郁斗, 藤森伸一, 田中雅明, Le Duc Anh, 小林正起
Organizer
2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会
-
-
-
-
-
-
-
