Hybrid Superconductor - Ge/Si core/shell nanowire devices

• 研究課題/領域番号: 26790008
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ構造物理
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: ディーコン ラッセル 国立研究開発法人理化学研究所, 石橋極微デバイス工学研究室, 研究員 (40552443)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 超伝導 / 超電導 / Nanowire / Majorana Fermion / Spin-orbit interaction / Josephson Junctions / Topological Insulator / Josephson Junction / Superconductor / Spin Orbit Interaction

研究成果の概要

Ge/Siコアシェルナノワイアにおけるスピン軌道相互作用について調べ、電界である程度制御可能であり、電界制御型スピントロニクスデバイスやマヨラナ粒子を実現するために十分大きいことが分かった。また、大きな臨界磁場を有する超伝導金属を使って接触抵抗の小さな電極を形成する技術を確立した。マヨラナ粒子の検出に向け、交流ジョセフソン効果を測定するシステムを構築した。よくわかっているトポロジカル絶縁体であるHgTeを使った初期的な実験で、マヨラナモードに起因する４π周期の電流位相特性を示唆する超伝導電流を観測した。

研究成果

• [雑誌論文] Gapless Andreev bound states in the quantum spin Hall insulator HgTe (2017)
  • 著者名/発表者名: Erwann Bocquillon, Russell S. Deacon, Jonas Wiedenmann, Philipp Leubner, Teun M. Klapwijk, Christoph Brune, Koji Ishibashi, H. Buhmann, and Laurens W. Molenkamp
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 12 号: 2 ページ: 137-143
  • DOI: 10.1038/nnano.2016.159
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Josephson Radiation from Gapless Andreev Bound States in HgTe-Based Topological Junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: R.S. Deacon, J. Wiedenmann, E. Bocquillon, F. Dominguez, T.M. Klapwijk, P. Leubner, C. Brune, E.M. Hankiewicz, S. Tarucha, K. Ishibashi, H. Buhmann, and L.W. Molenkamp
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 7 号: 2 ページ: 021011-021011
  • DOI: 10.1103/physrevx.7.021011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Josephson junction dynamics in the presence of 2\pi- and 4\pi-periodic supercurrents (2017)
  • 著者名/発表者名: F. Domínguez, O. Kashuba, E. Bocquillon, J. Wiedenmann, R. S. Deacon, T. M. Klapwijk, G. Platero, L. W. Molenkamp, B. Trauzettel, and E. M. Hankiewicz
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: pending
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] InSb nanowire double quantum dots coupled to a superconducting microwave cavity (2016)
  • 著者名/発表者名: 235.Rui Wang, Russell S. Deacon, Diana Car, Erik P. A. M. Bakkers, and Koji Ishibashi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 108 号: 20
  • DOI: 10.1063/1.4950764
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Supercurrent in the quantum Hall regime (2016)
  • 著者名/発表者名: F. Amet, C. T. Ke, I. V. Borzenets, Y-M. Wang, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. S. Deacon, M. Yamamoto, Y. Bomze, S. Tarucha, G. Finkelstein
  • 雑誌名: Science 巻: 382 号: 6288 ページ: 966-969
  • DOI: 10.1126/science.aad6203
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 4pi-periodic Josephson supercurrent in HgTe-based topological Josephson junctions (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Wiedenmann, E. Bocquillon, R.S. Deacon, S. Hartinger, O. Herrmann, T.M. Klapwijk, L. Maier, C. Ames, C. Bru¨ne, C. Gould, A. Oiwa, K. Ishibashi, S. Tarucha, H. Buhmann & L.W. Molenkamp
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 7 号: 1 ページ: 10303-10303
  • DOI: 10.1038/ncomms10303
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconducting transport in single and parallel double InAs quantum dot Josephson junctions with Nb-based superconducting electrodes (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Baba, J. Sailer, R. S. Deacon, A. Oiwa, K. Shibata, K. Hirakawa, and S. Tarucha
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 22 ページ: 222602-222602
  • DOI: 10.1063/1.4936888
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Double quantum dots embedded in a superconducting coplanar waveguide resonator (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Ishibashi, R. Wang and R. S. Deacon
  • 学会等名: Sweden-Japan International Workshop on Quantum Nanophysics and Nanoelectronics(QNANO2017)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2017-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] Signatures of 4π periodicity in the dynamics of HgTe Josephson Junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: R.S.Deacon
  • 学会等名: 64th JSAP Spring Meeting
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2017-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] Signatures of 4π periodicity in the dynamics of HgTe Josephson Junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: R.S.Deacon
  • 学会等名: JSAP Workshop on Quantum Information and Related Fields
  • 発表場所: National Institute of Infomatics, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2017-03-02
  • 招待講演
• [学会発表] Signatures of 4π periodicity in the dynamics of HgTe Josephson Junctions (2016)
  • 著者名/発表者名: R.S.Deacon
  • 学会等名: International symposium on revolutionary atomic-layer materials
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai, Japan
  • 年月日: 2016-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] Signatures of 4π periodicity in the dynamics of HgTe Josephson Junctions (2016)
  • 著者名/発表者名: R.S.Deacon
  • 学会等名: International workshop on nano-spin conversion science and quantum spin dynamics
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-10-13
  • 招待講演
• [学会発表] InSb double quantum dots embedded in a superconducting circuit cavity - Towards strong spin-photon coupling - (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ishibashi, R. Wang and R. S. Deacon
  • 学会等名: The 18th International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications (ISPSA 2016)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2016-07-04
  • 招待講演
• [学会発表] InSb Nanowire Double Quantum Dots Coupled to a Superconducting Microwave Cavity (2016)
  • 著者名/発表者名: Rui Wang, Russell S. Deacon, Diana Car, Erik P. A. M. Bakkers and Koji Ishibashi
  • 学会等名: 63rd JSAP Spring Meeting
  • 発表場所: Oookayama Campus, Tokyo Inst. of Tech , Japan.
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Weak Anti-Localization Study of Spin-Orbit Interactions in the Ge/Si Core-Shell Nanowires (2016)
  • 著者名/発表者名: Rui Wang, Russell S. Deacon, Jun Yao, Charles M. Lieber and Koji Ishibashi
  • 学会等名: Science of Hybrid Quantum System (The second project meeting)
  • 発表場所: Osaka university, Japan.
  • 年月日: 2016-03-02
• [学会発表] Interaction of InSb Quantum Dots with a Superconducting Microwave Cavity (2016)
  • 著者名/発表者名: Rui Wang, Russell S. Deacon, Diana Car, Erik P. A. M. Bakkers and Koji Ishibashi
  • 学会等名: Science of Hybrid Quantum System (The second project meeting)
  • 発表場所: Osaka university, Japan.
  • 年月日: 2016-03-02
• [学会発表] Gapless Andreev Bound States in HgTe topological Josephson junctions (2016)
  • 著者名/発表者名: R.S. Deacon, J. Wiedenmann, E. Bocquillon, S. Hartinger, O. Herrmann, T.M. Klapwijk, L. Maier, C. Ames, C. Brune, C. Gould, A. Oiwa, K. Ishibashi, S. Tarucha, H. Buhmann, and L.W. Molenkamp
  • 学会等名: International Symposium on Dynamics in Artifical Quantum Systems
  • 発表場所: Tokyo University, Komaba, Japan.
  • 年月日: 2016-01-12
• [学会発表] Spin Orbit Interaction in Single Ge/Si Core/Shell Nanowires with Electrically Swinging Dual Gates (2016)
  • 著者名/発表者名: Rui Wang, Russell S. Deacon, Jun Yao, Charles M. Lieber and Koji Ishibashi
  • 学会等名: International Symposium on Dynamics in Artificial Quantum Systems.
  • 発表場所: Tokyo University, Komaba, Japan.
  • 年月日: 2016-01-12
• [学会発表] Anomalous Shapiro steps in strained HgTe Josephson junctions (2015)
  • 著者名/発表者名: R.S. Deacon, J. Wiedenmann, E. Bocquillon, S. Hartinger, O. Herrmann, T.M. Klapwijk, L. Maier, C. Ames, C. Brune, C. Gould, A. Oiwa, K. Ishibashi, S. Tarucha, H. Buhmann, and L.W. Molenkamp
  • 学会等名: 1st Annual symposium of Topological Materials Science
  • 発表場所: Kyoto University, Japan.
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] Zero-energy Andreev bound states in a HgTe topological Josephson junction (2015)
  • 著者名/発表者名: R.S. Deacon, J. Wiedenmann, E. Bocquillon, S. Hartinger, O. Herrmann, T.M. Klapwijk, L. Maier, C. Ames, C. Brune, C. Gould, A. Oiwa, K. Ishibashi, S. Tarucha, H. Buhmann, and L.W. Molenkamp
  • 学会等名: ISNTT2015, Atsugi, Japan. November 18th 2015.
  • 発表場所: NTT, Atsugi, Japan.
  • 年月日: 2015-11-17