超伝導、常伝導ハイブリッド構造を持つ単電子トランジスタによる標準の研究

• 研究課題/領域番号: 23860072
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 中村 秀司 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究員 (70613991)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 電流標準 / 単電子トランジスタ / 超伝導 / 極低温 / 高周波 / メゾスコピック系 / 微小接合

研究概要

本研究は、超伝導/絶縁体/常伝導/絶縁体/超伝導(SINIS)接合構造を持つ単電子トランジスタを用いることにより未だ実現されていない量子電流標準を実現することを目的として行われた。超伝導体としてアルミニウム、常伝導体として銅を用いることで単電子トランジスタを作製し、素子に交流電圧を印加することで最大で 100pA で 4 桁程度の不確かさを持つ電流の生成に成功した。 またこの素子を並列に配置することで電流値を増幅し、数百 pA の電流が生成できることがわかった。これらの結果は、量子電流標準の実現に寄与するものである。

研究成果

• [雑誌論文] A Review of Current Standard (2012)
  • 著者名/発表者名: Shuji Nakamura
  • 雑誌名: AIST Bulletin of Metrology 巻: 8 ページ: 439-463
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-orbit induced electronic spin separation in semiconductor nanostructure (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kohda, S. Nakamura, Y. Nishihara, K. Kobayashi, T. Ono, J. Ohe, Y. Tokura, T. Mineno, and J. Nitta
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 3 号: 1 ページ: 10821-8
  • DOI: 10.1038/ncomms2080
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shot noise suppression in InGaAs/InGaAsP quantum channels (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishihara, S. Nakamura, K. Kobayashi, T. Ono, M. Kohda, and J. Nitta
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 100 号: 20 ページ: 203111-203111
  • DOI: 10.1063/1.4718934
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shot noise induced by electron-nuclear spin-flip scattering in a nonequilibrium quantum wire (2012)
  • 著者名/発表者名: Kensaku Chida, Tomonori Arakawa, Sadashige Matsuo, Yoshitaka Nishihara, Takahiro Tanaka, Daichi Chiba, Teruo Ono, Tokuro Hata, Kensuke Kobayashi, Tomoki Machida
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 4 ページ: 41309-41309
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.041309
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-equilibrium transport in a quantum wire in the quantum Hall regime (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Chida, M.Hashisaka, Y.Yamauchi, S.Nakamura, T.Arakawa, T.Machida, K.Kobayashi, T.Ono
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 334 ページ: 334-337
  • DOI: 10.1088/1742-6596/334/1/012031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersive lineshape of the resistively detected NMR in a quantum wire in the quantum Hall regime (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Chida, M.Hashisaka, Y.Yamauchi, S.Nakamura, T.Arakawa, T.Machida, K.Kobayashi, T.Ono
  • 雑誌名: AIP Conference Proceeding Series 巻: 1,399 ページ: 675-676
  • DOI: 10.1063/1.3666557
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonequilibrium fluctuation relation in a quantum coherent conductor (2011)
  • 著者名/発表者名: Shuji Nakamura, Yoshiaki Yamauchi, Masayuki Hashisaka, Kensaku Chida, Kensuke Kobayashi, Teruo Ono, Renaud Leturcq, Klaus Ensslin, Keiji Saito, Yasuhiro Utsumi, Arthur C.Gossard
  • 雑誌名: AIP Conference Proceeding Series 巻: 1,399 ページ: 329-330
  • DOI: 10.1063/1.3666387
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sub-Poissonian Shot Noise in CoFeB/MgO/CoFeB-based Magnetic Tunneling Junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Arakawa, K.Sekiguchi, S.Nakamura, K.Chida, Y.Nishihara, D.Chiba, K.Kobayashi, A.Fukushima, S.Yuasa, T.Ono
  • 雑誌名: Applied Phisics Letters 巻: 98 号: 20 ページ: 202-103
  • DOI: 10.1063/1.3590921
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of the Kondo Effect in a Quantum Dot Probed by the Shot Noise (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Yamauchi, Koji Sekiguchi, Kensaku Chida, Tomonori Arakawa, Shuji Nakamura, Kensuke Kobayashi, Teruo Ono, Tatsuya Fujii, Rui Sakano
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 106 号: 17 ページ: 176-601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.106.176601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluctuation theorem and microreversibility in a quantum coherent conductor (2011)
  • 著者名/発表者名: Shuji Nakamura, Yoshiaki Yamauchi, Masayuki Hashisaka, Kensaku Chida, Kensuke Kobayashi, Teruo Ono, Renaud Leturcq, Klaus Ensslin, Keiji Saito, Yasuhiro Utsumi, Arthur C.Gossard
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 83 号: 15 ページ: 155-413
  • DOI: 10.1103/physrevb.83.155431
  • 査読あり
• [学会発表] 超伝導リードと常伝導アイランドを持つターンスタイル素子による定電流生成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村 秀司、金子晋久、Yuiri Pashkin、蔡 兆申
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学 (広島県)
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] 単電子ポンプによる電流標準 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村 秀司、金子晋久、Yuiri Pashkin、蔡 兆申
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 電流ゆらぎ測定による量子ホール効果ブレークダウン前駆現象の観測 II (2012)
  • 著者名/発表者名: 知田健作,橋坂昌幸,山内祥晃,中村秀司,荒川友紀,西原禎孝,町田友樹,小林研介,小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会 第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 電流標準実現に向けた測定系の開発と素子作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村秀司,Yuri Pashkin,蔡兆申,金子晋久
  • 学会等名: 日本物理学会 第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 小林研介アハラノフ・ボームリングにおける非平衡揺らぎ関係 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西原禎孝,中村秀司,知田健作,荒川智紀,田中崇大,小野輝男,内海裕洋,齊藤圭司,R. Leturcq,K. Ensslin
  • 学会等名: 日本物理学会 第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 電流標準実現に向けた測定系の開発と素子作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村秀司, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学、兵庫県
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] アハラノフ・ボームリングにおける非平衡揺らぎ関係 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西原禎孝, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学、兵庫県
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 電流ゆらぎ測定による量子ホール効果ブレークダウン前駆現象の観測II (2012)
  • 著者名/発表者名: 知田健作, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学、兵庫県
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] トンネル磁気抵抗素子における電子のアンチバンチングの観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荒川智紀,関口康爾,中村秀司,知田健作,西原禎孝,千葉大地,小林研介,福島章雄,湯浅新治,小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学 (富山県)
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] 電流ゆらぎ測定による量子ホール効果ブレークダウン前駆現象の観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 知田健作,橋坂昌幸,山内祥晃,中村秀司,荒川友紀,西原禎孝,町田友樹,小林研介,小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学 (富山県)
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] トンネル磁気抵抗素子における電子のアンチバンチングの観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荒川智紀, 他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学、富山県
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] InGaAs量子ポイントコンタクトを用いた Rashbaスピン軌道相互作用による電気的スピン生成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 好田誠, 中村秀司,西原禎孝,小林研介,小野輝男,都倉康弘,新田淳作
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学 (富山県)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] InGaAs 二次元電子系に作製した量子ポイントコンタクトにおける電流揺らぎ測定 II (2011)
  • 著者名/発表者名: 西原禎孝,中村秀司,知田健作,荒川智紀,小林研介,小野輝男,好田誠,新田淳作
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学 (富山県)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] InGaAs二次元電子系上に作製した量子ポイントコンタクトにおける電流雑音測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村秀司, 他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学、富山県
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] InGaAs二次元電子系に作製した量子ポイントコンタクトにおける電流揺らぎ測定I (2011)
  • 著者名/発表者名: 西原禎孝, 他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学、富山県
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] 電流ゆらぎ測定による量子ホール効果ブレークダウン前駆現象の観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 知田健作, 他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学、富山県
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] InGaAs量子ポイントコンタクトを用いたRashbaスピン軌道相互作用による電気的スピン生成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 好田誠, 他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学、富山県
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Electrical spin generation by Rashba spin orbit interaction in InGaAs quantum pointcontacts (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Kohda, et al.
  • 学会等名: SPINTECH6
  • 発表場所: Matsue, Miyagi, Japan
  • 年月日: 2011-08-05
• [学会発表] Shot noise measurement in the InGaAs quantum point contacts (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Nishihara, ert al.
  • 学会等名: SPINTECH6
  • 発表場所: Matsue, Miyagi, Japan
  • 年月日: 2011-08-03
• [学会発表] Observation of Sub-Poissonian Shot Noise in CoFeB/MgO/CoFeB-Based Magnetic Tunneling Junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Arakawa, et al.
  • 学会等名: SPINTECH6
  • 発表場所: Matsue, Miyagi, Japan
  • 年月日: 2011-08-03
• [学会発表] Electrical spin generation by Rashba spin orbit interaction in InGaAs quantum point contacts (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kohda, S. Nakamura, Y. Tokura, Y. Nishihara, K. Kobayashi, T. Ono, and J. Nitta
  • 学会等名: 6th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH6)
  • 発表場所: Matsue, Japan
• [学会発表] Shot noise measurement in the InGaAs quantum point contacts (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishihara, S. Nakamura, K. Chida, T. Arakawa, K. Kobayashi, T. Ono, M. Kohda, and J. Nitta
  • 学会等名: 6th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH6)
  • 発表場所: Matsue, Japan
• [学会発表] Observation of Sub-Poissonian Shot Noise inCoFeB/MgO/CoFeB-Based Magnetic Tunneling Junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Arakawa, K. Sekiguchi, S. Nakamura, K. Chida, Y. Nishihara, D. Chiba, K. Kobayashi, A. Hukushima, S. Yuasa, and T. Ono
  • 学会等名: 6thInternational School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH6)
  • 発表場所: Matsue, Japan
• [学会発表] Precursor phenomenon of the quantum Hall effect breakdown detected by the noise measurement (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Chida, S. Nakamura, T. Arakawa, T. Nishihara, T. Machida, K. Kobayashi and T. Ono
  • 学会等名: The 19th international conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-19)
  • 発表場所: Tallahassee, Florida, USA
• [学会発表] InGaAs 二次元電子系上に作製した量子ポイントコンタクトにおける電流雑音測定
  • 著者名/発表者名: 中村秀司,西原禎孝,知田健作,荒川智紀,関口康爾,千葉大地,小林研介,小野輝男,好田誠,新田淳作
• [学会発表] 超伝導リードと常伝導アイランドを持つターンスタイル素子による定電流生成
  • 著者名/発表者名: 中村 秀司
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] 単電子ポンプによる電流標準
  • 著者名/発表者名: 中村 秀司
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [備考] サイエンスアウトリーチ活動
• [備考] ウインター・サイエンスキャンプ WINTER SCENCE CAMP'12-'13
• [備考] 「量子効果を体験しよう～量子力学とその標準への応用」2013/01/07～2013/01/09
  • URL: http://rikai.jst.go.jp/sciencecamp/camp/