| 研究課題/領域番号 |
19H00867
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分29:応用物理物性およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)
2021年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
2020年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
2019年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
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| キーワード | 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 / ジョセフソン接合 / トポロジカルジョセフソン接合 / マヨラナ状態 / トポロジカル絶縁体超伝導体接合 / アンドレーエフ反射 / ヘリカルチャネル / トポロジカル超伝導 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、超伝導体(S)/正常金属(N)/超伝導体(S)からなるSNSジョセフソン接合において、正常金属部分をトポロジカル絶縁体としたときにその領域に形成されることが期待されるアンドレーエフ束縛状態やマヨラナ状態の性質を、様々な物質を用いて調べることを目的とする。その手法として交流ジョセフソン効果やマイクロ波分光を用いて、それぞれの状態及び両者の遷移領域におけるエネルギー位相関係を明らかにすることを目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、InAsのような半導体ナノワイアと、単層のものが2次元トポロジカル絶縁体として知られているWTe2を用いて1次元ジョセフソン接合の形成を目的とした。この場合、正常金属領域には、トリビアルな場合にはアンドレーエフ束縛状態、トポロジカル転移を起こすとマヨラナ束縛状態が形成されることが予想されている。ジョセフソン接合を含む超伝導体ループとマイクロ波回路共振器を別々の基板に作製してそれらを張り付ける汎用性の高いフリップチップ法を開発し、実際にナノワイア試料でアンドレーエフ束縛状態を計測した。WTe2においては、まず多層のものを利用してジョセフソン接合デバイスの作製プロセスを開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は長期的にはトポロジカル超伝導体に発現するマヨラナ量子状態の観測を目指した研究である。マヨラナ量子状態はトポロジカル量子ビットとして用いることができ、コヒーレンスに優れていることが理論的に指摘されているため、量子コンピュータの性能向上に有効である。マヨラナ量子状態はいまだ発見されていないが、量子ビット応用に適したデバイス構造である半導体ナノワイアや2次元トポロジカル絶縁体においてそれが観測されることの意義は大きい。本研究では、ジョセフソン接合に形成される束縛状態に着目し、それを実際に測定する汎用的な技術を開発した。本方法はマヨラナ量子状態が現れると期待される系に応用が可能である。
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