| 研究課題/領域番号 |
20H01835
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 福岡工業大学 (2022)
東京大学 (2020-2021) |
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研究代表者 |
中村 壮智 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (50636503)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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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 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
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| キーワード | superconductivity / superconducting junction / semiconductor / topology / 超伝導接合 / 磁性金属 / スピン軌道相互作用 / 表面二次元電子系 / トポロジカル超伝導 / ジョセフソン効果 / 磁性 / 半導体 / トポロジー / 磁性半導体 / 二次元電子系 / トポロジカル絶縁体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
複数の物質を組み合わせて形成される超伝導接合では、各物質の持つ相互作用の組み合わせによって、新しい超伝導を人工的に創り出すことができる。本研究では超伝導体を強いスピン軌道相互作用を持つ半導体に接合し、量子構造による閉じ込め効果と磁性体の持つ強磁性相互作用を組み合わせることでトポロジカル超伝導を生み出し、これを実験的に観測する。
量子閉じ込め効果や磁性を電気的に変化させることで外部磁場に依らないトポロジカル超伝導の制御を実証し、単一チップ上に複数の超伝導接合をもつデバイスにおいて、各々の超伝導トポロジーの独立な制御を実現する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では強磁性半導体である(In,Fe)Asに超伝導細線を接合し一次元近接効果超伝導系をとすることで，極低温での電気伝導特性の測定からゼロバイアス付近で電気抵抗の減少を観測した．このディップ構造は一次元接合に平行な磁場を加えてもほぼ変化せずロバストな特性を示しており，トポロジカル超伝導で現れるゼロバイアス伝導度ピークに相当する可能性がある．また，量子ホール端状態で，状態間遷移をポテンシャル変調によって制御することで，伝播する電子スピンの方向を制御することに成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究はこれまで外部磁場が必要であった近接効果による一次元トポロジカル超伝導体を，強磁性半導体を用いてゼロ磁場で創り出することを試み，トポロジカル超伝導の存在を示すと思われる兆候を観測した．これがトポロジカル超伝導によるものであれば強磁性半導体の磁性を電場によってコントロールすることで，完全にゼロ磁場で，制御可能なトポロジカル超伝導接合が実現できることになり，比較的複雑な構造のトポロジカル量子計算素子の実現も期待できる．また，強磁性半導体は有力なスピントロニクス材料であるが，同時に量子計算への応用可能性も大きいと示すことができた．
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