Ｎｂ／ＩｎＡｓ量子ドットジョセフソン接合を用いた非局所もつれ電子対の生成・制御

• Project/Area Number: 14J10600
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 馬場 翔二 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 量子ドット / InAsナノワイヤー / 半導体量子細線 / ジョセフソン接合 / InAs自己形成量子ドット / 超伝導体 / クーパー対分離

Outline of Annual Research Achievements

本年度前半はまず、常伝導体を用いて並列二重ナノワイヤー接合の作製および測定を行った。微分伝導度を異なるボトムゲート電極の関数として測定・解析した。傾きの異なる二つの共鳴ピークの存在から、二つのナノワイヤー上にそれぞれ一つずつ量子ドットが形成されていることが確認された。また、あるゲート電圧領域において、二つのドット間の静電結合を示すhoney-comb型の共鳴ピークが観測された。これは二つの量子ドットが非常に近い位置に形成されていることを示唆している。一方で、今回の試料においてはドット間のトンネル結合は確認されなかった。
次に、超電導体電極としてアルミニウムを用いた試料を作製し、クーパー対分離実験を行った。この並列二重ナノワイヤー接合において、アルミニウム電極は両方のナノワイヤーに接触している一方、常伝導電極はそれぞれのナノワイヤーに一つずつ蒸着されている。この二つの接合の微分伝導度を、各近傍に配置されたサイドゲート電極に印可した電圧の関数として測定した。伝導度ピークの存在から、それぞれの接合に一つずつ量子ドットの存在が確認された。また、あるゲート領域においては二つの微分伝導度の間に正の相関が見られた。この信号はクーパー対分離を示すものであり、並列二重ナノワイヤー接合においては初めて確認された結果である。分離効率は15%程度であり、従来の単一ナノワイヤーの試料の数％から大きく向上している。原因として、並列二重ナノワイヤー接合においては両ドットの入り口間の距離が近く、分離が促進されたことが考えられる。
また、一部のゲート領域においては、さらに特徴的な伝導度の磁場依存性が観測された。クーパー対分離の根本にある基礎物理である交差アンドレーエフ反射の微視的機構、および超電導近接効果との関連性についての示唆を与える結果と考え、詳細を解析中である。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] "Cooper pair splitting in parallel quantum dot Josephson junctions" (2015)
  • Author(s): R.S. Deacon, A. Oiwa, J. Sailer, S. Baba, Y. Kanai, K. Shibata, K.Hirakawa, S. Tarucha
  • Journal Title: Nature Communications Volume: vol. 6, article no. 7446 Issue: 1 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1038/ncomms8446
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Superconducting transport in single and parallel double InAs quantum dot Josephson junctions with Nb-based superconducting electrodes (2015)
  • Author(s): S. Baba, J. Sailer, R. S. Deacon, A. Oiwa, K. Shibata, K. Hirakawa, and S. Tarucha
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 107 Issue: 22 Pages: 222602-222602
  • DOI: 10.1063/1.4936888
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] InAs ナノワイヤー/Pb 三端子接合における量子輸送特性 (2016)
  • Author(s): 馬場翔二, C. Juenger, A. Baumgartner, J. Nygard, C. Shoenenberger, 樽茶清悟
  • Organizer: 日本物理学会2016 年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Transport property of parallel double quantum dots formed in InAs double-nanowire junctions (2016)
  • Author(s): S. Baba, H. Kamata, S. Matsuo, R.S.Deacon, A.Oiwa, K. Li, H.Q. Xu, and S.Tarucha
  • Organizer: PASPS9
  • Place of Presentation: 神戸市
  • Year and Date: 2016-08-07
• [Presentation] InAs並列二重ナノワイヤー接合における量子ドットの伝導特性 (2016)
  • Author(s): 馬場翔二, 鎌田大,松尾貞茂, R.S.Deacon,大岩顕, K.Li, H.Q.Xu,樽茶清悟
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市泉区天神沢）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] InAs並列二重ナノワイヤー接合の伝導特性 (2015)
  • Author(s): 馬場翔二, 鎌田大,松尾貞茂, R.S.Deacon,大岩顕, K.Li, H.Q.Xu,樽茶清悟
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市山手町）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Transport Property of Single/Double InAs Quantum Dot Josephson Junctions with Nb-based Materials (2015)
  • Author(s): S. Baba, R.S.Deacon, A.Oiwa, K.Shibata, K.Hirakawa and S.Tarucha
  • Organizer: EP2DS-21
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市青葉区青葉山）
  • Year and Date: 2015-07-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication and transport properties of two parallel InAs nanowires contacted by Ti/Au electrodes (2015)
  • Author(s): 馬場翔二
  • Organizer: Topotronics 2015
  • Place of Presentation: OIST,沖縄県
  • Year and Date: 2015-03-08 – 2015-03-11
• [Presentation] Cooper-pair splitting in a Nb-based parallel double quantum dot Josephson junction (2014)
  • Author(s): 馬場翔二
  • Organizer: ICPS 2014
  • Place of Presentation: Austin, TX. USA
  • Year and Date: 2014-08-12 – 2014-08-16