| 研究課題/領域番号 |
20H02215
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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21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 国立天文台 |
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研究代表者 |
牧瀬 圭正 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (60363321)
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| 研究分担者 |
篠崎 文重 九州大学, 理学研究院, 名誉教授 (80117126)
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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 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
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| キーワード | 超伝導ー絶縁体転移 / 量子位相すべり / 量子細線 / 超伝導 / 量子効果 / ナノ物理 / 超伝導デバイス / 位相すべり / 窒化物 / 超伝導薄膜 / 超伝導超薄膜 / ジョセフソン接合 / 自己双対 / 量子ビット / 電流量子標準 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では超伝導量子細線でおきる量子位相すべりを用いて、高集積化への対応や応用範囲が拡大できる可能性を持つ超伝導量子素子を実現する。超伝導量子回路としてジョセフソントンネル接合が基本素子として用いられているが、集積規模や性能がジョセフソン接合のサイズに依存することが従来からボトルネックであった。そこで自己双対な関係によってジョセフソン接合と同様な動作でき、集積化に有利かつ異なる動作原理をもった超伝導ナノワイヤ素子による量子ビットと電流標準の実現に向けたデバイス開発と実証を行う。
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| 研究成果の概要 |
我々は、ナノワイヤーと島からなる一連の窒化ニオブチタン（NbTiN）ナノ構造について、磁場中での輸送特性を調べた。ナノ構造が2次元薄膜から1次元ナノワイヤになるにつれて超伝導が増強されるのに対応し、負の磁気抵抗と臨界電流の増加が確認された。温度依存性抵抗実験では、ナノワイヤー部分に由来する位相すべり機構により、低温で抵抗がブロードになることも確認された。さらに、島状構造を持つナノワイヤでは、リトルパークスの振動のような挙動も観測された。これは、超伝導秩序変数の異なる2つの相が共存していると考察した。結果として、この構造を用いることによって単層膜でも量子素子に応用の可能性を示している。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
超伝導量子コンピュータの集積回路を構成する基本素子はジョセフソン接合と呼ばれる薄い絶縁体を超伝導体で挟んだトンネル接合である。回路として動作させるには配線層やグランドプレーン、絶縁層が必要なため、構造によっては10層程度の積層構造になり、回路を作製するために高度なプロセス技術が必要である。そこでジョセフソン接合に依存しない単層膜による集積化を実現し、超伝導量子回路の集積化を飛躍的に向上させる。
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