| 研究課題/領域番号 |
21H01025
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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13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
土浦 宏紀 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30374961)
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| 研究分担者 |
古賀 昌久 東京工業大学, 理学院, 准教授 (90335373)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
2023年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | キタエフ模型 / マヨラナ準粒子 / 異常なジョセフソン効果 / 並進・回転対称性の破れた超伝導状態 / 超伝導ダイオード効果 / 超伝導量子計算素子 / 並進・回転対称生の破れたスピン3重項超伝導状態 / 並進・回転対称性の破れたスピン3重項超伝導状態 / ジョセフソン効果 / トポロジカル超伝導 / トポロジカル論理ゲート |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本申請課題は，キタエフ模型で予測される新奇物性を活用した，比較的簡便な制御性を持つデバイスの理論的提案及びその実現のための物質探索を行うことを目的とする．通常，キタエフ模型の応用というと，マヨラナ準粒子の非可換統計性を活用したトポロジカルな量子計算素子が想起される．しかし，それにはマヨラナ準粒子のbraidingという極めて実現困難な操作が不可欠である．そこで本申請課題においては，キタエフ模型を活用した，braidingを伴わない量子計算素子や，マヨラナ準粒子によるスピンまたは量子位相伝播を利用した論理ゲート等の理論的提案を行い，キタエフ模型の実用化に関する新たなアプローチを展開する．
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| 研究成果の概要 |
本申請課題の目的は，キタエフ模型で予測される新奇物性を活用した，比較的簡便な制御性をもつデバイスの理論的提案を行うことである．キタエフ模型には，量子スピン型と1次元p波超伝導型の2種類が知られている．前者の量子スピン型模型については，マヨラナ準粒子による磁気励起輸送を制御する新たなスイッチング機構や，系にキャリアドープした場合に回転対称性が破れた超伝導状態が出現しうることの予測およびそれを用いた超伝導スイッチの提案を行った．また，1次元p波型模型については，模型を平行対として配置した場合に，多彩なジョセフソン電流特性が現れ，さらに超伝導ダイオード効果が出現することが明らかになった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年，トポロジカル絶縁体・超伝導体という概念が確立・浸透し，それに伴いこれらの物質で予想される新しい現象を活用したデバイス開発が期待されてきた．その代表的なものに，これらの物質で期待されるマヨラナ準粒子状態を用いた量子計算素子の開発がある．しかしながら，そのためにはマヨラナ準粒子同士の位置交換という極めて困難な操作を実現する必要があり，実用化には遠い．本研究課題では，マヨラナ準粒子の存在が期待されるキタエフ模型をもとにして，比較的簡便な操作性をもつ新奇デバイス構造を理論的に3種類提案したことにより，トポロジカル物質の応用に新たな活路を開くことができたと考えている．
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