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対称性の破れた磁性体・超伝導体ナノ接合系における量子輸送理論

公募研究

研究領域対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象
研究課題/領域番号 23103520
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

川畑 史郎  独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 主任研究員 (30356852)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2012年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2011年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード超伝導接合 / スピントロニクス / 近接効果 / スピンフィルター / 奇周波数ペアリング / 準古典グリーン関数法 / 電子冷却 / 磁性半導体 / 超伝導材料・素子 / スピンエレクトロニクス / 量子コンピュータ / 強相関エレクトロニクス / 物性理論 / ジョセフソン接合 / 強磁性絶縁体 / メゾスコピック系
研究実績の概要

近年、対称性の破れた微小超伝導接合を舞台としてトポロジカルに非自明な量子状態の実現を目指した研究が盛んに行われている。 本研究では、時間反転対称性の破れた磁性体/超伝導接合に現れる異常な量子輸送現象の理論構築とその応用を目指して研究を進めてきた。具体的には以下のテーマに関して研究を行った。[1]「超伝導体/磁性体接合における奇周波数クーパー対とその検証法の提唱」磁化が非一様な磁性体と超伝導体を接合した系においては、磁性体中にスピントリプレット奇周波数クーパー対が誘起されることが理論的に予言されている。本研究では、磁性体中の準粒子状態密度に表れるゼロエネルギーピークを観測することによって、奇周波数クーパー対の存在を実験的に検出できることを準古典グリーン関数法を用いて示した。[2]「磁性半導体・超伝導接合を用いた電子冷却器」量子デバイスや検出器を冷却する技術として金属/絶縁体/超伝導体接合(NIS)冷却に関する研究が注目を集めている。しかしながら超伝導金属界面におけるアンドレーフ反射のために冷却効率が期待したほど増大しないという深刻な問題があり、それが実用化のための大きな障害となっていた。そこで、絶縁体の代わりに磁性半導体スピンフィルターを用いることによって、アンドレーフ反射が抑制され、通常のNIS冷却器の理論限界を大幅に上回る冷却性能が引き出せることを示した。今後は実験グループとの共同研究を進めていく予定である。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (21件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Andreev current and subgap conductance of spin-valve SFF structures2013

    • 著者名/発表者名
      A. S. Vasenko, A. Ozaeta, S. Kawabata, F.W. J. Hekking, F. S. Bergeret
    • 雑誌名

      Journal of Superconductivity and Novel Magnetism

      巻: 26 号: 5 ページ: 1951-1956

    • DOI

      10.1007/s10948-012-2044-9

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of finite temperature Josephson transport through a ferromagnetic insulator2012

    • 著者名/発表者名
      S. Nakamura, S. Souma, M. Ogawa, and S. Kawabata
    • 雑誌名

      Physics Procedia

      巻: Vol.27 ページ: 308-311

    • DOI

      10.1016/j.phpro.2012.03.472

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectrum of Andreev bound states in Josepshon junctions with a ferromagnetic insulator2012

    • 著者名/発表者名
      S.Kawabata, Y.Tanaka, A.A.Golubov, A.S.Vasenko, Y.Asano
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      巻: (印刷中) 号: 21 ページ: 3467-3470

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2012.02.067

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書 2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Josephson effect through an anisotropic magnetic molecule2011

    • 著者名/発表者名
      I.A.Sadovskyy, D.Chevallier, T.Jonckheere, M.Lee, S.Kawabata, T.Martin
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B

      巻: 84 号: 18

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.184513

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 強磁性絶縁体を利用した超伝導スピントロニクス2011

    • 著者名/発表者名
      川畑史郎
    • 雑誌名

      パリティ

      巻: 26 ページ: 48-52

    • NAID

      40019032641

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Current-voltage characteristics of tunnel Josephson junctions with a ferromagnetic interlayer2011

    • 著者名/発表者名
      S. Vasenko, S. Kawabata, A. A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov, C. Lacroix, F. S. Bergeret, and F. W. J. Hekking
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: Vol.84 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.024524

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Crossover between odd and even frequency paring in a superconductor/ferromagnet junctions2013

    • 著者名/発表者名
      S. Kawabata, Y. Asano, Y. Tanaka, A. A. Golubov
    • 学会等名
      QS2C Theory Forum: International Symposium on "Strongly Correlated Quantum Science"
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2013-01-26
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Superconducting-spintronics devices based on ferromagnetic insulators2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kawabata
    • 学会等名
      4th Worldwide Universities Network International Conference on Spintronics (WUN-SPIN2012)
    • 発表場所
      Sydney(オーストラリア)
    • 年月日
      2012-07-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 不均一磁性体/超伝導接合系における近接効果の準古典グリーン関数理論2012

    • 著者名/発表者名
      川畑史郎、T.Y.Karminskaya、M.Y.Kupriyanov、田仲由喜夫、A.A.Golubov
    • 学会等名
      2012年日本物理学年次大会
    • 発表場所
      兵庫県、関西学院大学
    • 年月日
      2012-03-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Quantum transport theory of ferromagnetic-insulator based Josephson Junctions2012

    • 著者名/発表者名
      S.Kawabata
    • 学会等名
      Pathbreaking Phase Sciences in Superconductivity 2012 (PPSS2012)
    • 発表場所
      大阪府、大阪歴史博物館(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-13
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Odd-frequency paring in superconducting heterostructures2012

    • 著者名/発表者名
      A. A. Golubov, Y. Tanaka, Y. Asano, S. Kawabata, Y. Tanuma
    • 学会等名
      International Conference on Topological Quantum Phenomena (TQP2012)
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Proximity effect of odd-frequency cooper pairs2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Asano, Y. Tanaka, A. A. Golubov, S. Kawabata, S. Kashiwaya
    • 学会等名
      International Conference on Topological Quantum Phenomena (TQP2012)
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The appearance of robust odd frequency paring in superconductor/inhomogeneous-ferromagnet junctions2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kawabata, Y. Asano, Y. Tanaka,, A. A. Golubov
    • 学会等名
      International Conference on Topological Quantum Phenomena (TQP2012)
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導を用いた量子情報処理技術2012

    • 著者名/発表者名
      川畑史郎
    • 学会等名
      応用物理学会超伝導分科会第45回研究会「多面的に広がる超伝導技術の活用 宇宙から地中まで」
    • 発表場所
      国際超電導産業技術研究センター(東京)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 強磁性絶縁体を用いたジョセフソンπ接合の理論:コヒーレント量子ビット実現に向けて2012

    • 著者名/発表者名
      中村周平、相馬聡文、小川真人、川畑史郎
    • 学会等名
      最先端研究開発支援プログラム量子情報処理プログラム夏期研修会2012
    • 発表場所
      沖縄
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] A robust long-range triplet-paring in ferromagnet/superconductor junctions2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kawabata, Y. Asano, Y. Tanaka,, A. A. Golubov
    • 学会等名
      Workshop: Superconducting Nanohybrids 2012
    • 発表場所
      San Sebastian(スペイン)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Robustness of long-range triplet-paring in ferromagnet/superconductor junctions2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kawabata, Y. Asano, Y. Tanaka, A. A. Golubov
    • 学会等名
      International workshop: MAMA-Hybrids - Multifunctional Hybrids And Organics,
    • 発表場所
      Ischia(イタリア)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Electronic cooling in metal/spin-filter/superconductor junctions2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kawabata, A. S. Vasenko, F. W. J. Hekking
    • 学会等名
      25th International Symposium on Superconductivity (ISS2012)
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導/スピンフィルター接合における電子冷却の理論2012

    • 著者名/発表者名
      川畑史郎、柏谷聡、Andrey S. Vasenko、Frank Hekking
    • 学会等名
      第20回磁束線物理国内会議 (VPWJ2012)
    • 発表場所
      岡山県
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 対称性の破れた磁性体・超伝導体ナノ接合系における量子輸送理論2012

    • 著者名/発表者名
      川畑史郎
    • 学会等名
      新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」公募研究最終年度報告会
    • 発表場所
      大阪市
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 非一様磁化構造への超伝導近接効果に関する準古典理論2011

    • 著者名/発表者名
      川畑史郎、T.Karminskaya、M.Kupuriyanov、田仲由喜夫、A.A.Golubov
    • 学会等名
      新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第2回領域研究会
    • 発表場所
      岡山県、岡山大学
    • 年月日
      2011-11-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導体/半導体/強磁性体接合における輸送特性2011

    • 著者名/発表者名
      赤崎達志、関根佳明、川畑史郎、横山毅人、田仲由喜夫、高柳英明
    • 学会等名
      新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第2回領域研究会
    • 発表場所
      岡山県、岡山大学
    • 年月日
      2011-11-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Theory of Josephson effect through exotic magnetic materials2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kawabata, Y.Tanaka, S.Kashiwaya, A.A.Golubov, Y.Asano
    • 学会等名
      International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
    • 発表場所
      滋賀県、ラフォーレ琵琶湖
    • 年月日
      2011-11-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Novel Superconducting-spintornics Device : Ferromagnetic Insulator based Josephson Junctions2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kawabata
    • 学会等名
      BIT's 1st Annual World Congress of Nano-S&T
    • 発表場所
      Dalian/China(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Atomic scale O-π transition and Andreev spectrum in a Josephson junction with a ferromagnetic insulator2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kawabata, Y.Tanaka, S.Kashiwaya, A.A.Golubov, Y.Asano
    • 学会等名
      Superconductivity and Magnetism (SM-2011)
    • 発表場所
      Kishinev/Moldova(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 対称性の破れた磁性体・超伝導体ナノ接合系における量子輸送理論2011

    • 著者名/発表者名
      川畑史郎
    • 学会等名
      新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」公募研究キックオフミーティング
    • 発表場所
      富山県、カナルパークホテル富山
    • 年月日
      2011-09-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Theory of Josephson transport through ferromagnetic insulators and semiconductors2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kawabata, Y.Tanaka, S.Kashiwaya, A.S.Vasenko, A.A.Golubov, Y.Asano
    • 学会等名
      Moscow International Symposium on Magnetism (MISM2011)
    • 発表場所
      Moscow/Russia(招待講演)
    • 年月日
      2011-08-21
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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