微小超伝導体の物理とその量子計算機素子への応用に関する理論的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540321
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 海老澤 丕道 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (90005439)
• 研究分担者: 今村 裕志 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助手 (30323091) ; 林 正彦 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 講師 (60301040)
• キーワード: 超伝導 / メソスコピック系 / ナノテクノロジー / 量子計算 / スピニクス / ジョセフソン効果 / クーロンブロッケード / パリティー効果

研究概要

本年度は,超伝導-常伝導複合系の基礎理論の整備、および微小超伝導体の物性に関して基礎的な知識の獲得を目的として以下の研究を行った。
(1)微小超伝導体からなる単電子トランジスタおよびSQUIDにおけるパリティー効果の理論的研究
微小超伝導体を島電極としてもつ単電子トランジスタの電気伝導にける,クーロン振動に対する量子ゆらぎの効果を非平衡グリーン関数の方法を用いて調べた.その結果,量子ゆらぎはパリティー効果を強める事を見出した.また,微小なSQUIDに対するパリティー効果の影響を,パリティー射影された大正準関数を用いて調べた.その結果,奇パリティー領域においてはSQUIDにおけるJosephson接合のエネルギーは偶パリティーの場合と比較して著しく小さくなりえることを見出した.
(2)微小超伝導体に対するスピン注入の効果の理論的研究
強磁性電極に繋いだ微小な超伝導体における偶奇効果とトンネル磁気抵抗について理論的に研究を行った.その結果クーロンブロッケード領域に隣接するプラトー領域では有限のバイアス電圧が掛かっているにもかかわらずスピン蓄積が起きないことが分かった.プラトー領域ではスピンの情報は1つの電子によってのみ運ばれ,トンネル磁気抵抗を測定することにより1つの電子のスピン緩和時間が測定可能であることを示した.
(3)微小超伝導体-常伝導体接合系におけるメソスコピックな軌道磁性の理論的研究
超伝導体がメソスコピックな正常金属が近接するときに,正常領域での軌道磁性に対する超伝導近接効果の影響を,Bogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解くことにより解析した.その結果,正常金属が微小である場合には,Andreev束縛状態と呼ばれる状態が,正常領域に形成され,軌道磁性に対して顕著な影響(メソスコピックゆらぎの増大)を及ぼすことを見出した.

研究成果

• [文献書誌] Y.Utsumi, H.Imamura, M.Hayashi, H.Ebisawa: "Noise of a single-electron transistor in the regime of large quantum fluctuations of island charge out of equilibrium"Physical Review B. 67. 035317 (2003)
• [文献書誌] M.Hayashi, H.Ebisawa: "Parity effect in a tiny SQUID"Physical Review B. 67. 014524 (2003)
• [文献書誌] Y.Utsumi, H.Imamura, M.Hayashi, H.Ebisawa: "Charge fluctuation between even and odd states of a superconducting island"Physical Review B. 67. 024513 (2003)
• [文献書誌] Y.Utsumi, H.Imamura, M.Hayashi, H.Ebisawa: "The effect of large quantum fluctuation on the noise of a single-electron transistor"Physica E. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] M.Hayashi, H.Ebisawa: "Heterogeneous High Temperature Cuprate Superconductors"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [文献書誌] Y.Utsumi, H.Imamura, M.Hayashi, H.Ebisawa: "The effect of large quantum fluctuation on the noise of a single-electron transistor"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [文献書誌] T.Suzuki, M.Hayashi, H.Imamura, Hiromichi Ebisawa: "Superconducting Correlation in Orbital Magnetism of Quantum Dots"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [文献書誌] T.Suzuki, M.Hayashi, H.Imamura, Hiromichi Ebisawa: "Superconducting Correlation in Orbital Magnetism of Quantum Dots"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [文献書誌] T.Yamashitaa, H.Imamura, S.Takahashi, S.Maekawa: "Andreev Reflection in Ferromagnet/Superconductor/Ferromagnet Structures"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [文献書誌] S.Maekawa, S.Takahashi, H.Imamura: "Spin Injection into Superconductors"J. Phys. D.. 35. 2452-2456 (2002)
• [文献書誌] H.Imamura, Y.Utsumi, H.Ebisawa: "Parity Effect and Tunnel Magnetoresistance of Ferromagnet/Superconductor/Ferromagnet Single-Electron Tunneling Transistors"Physical review B. 66. 054503 (2003)
• [文献書誌] S.Maekawa, S.Takahashi, H.Imamura: "Chapter 4 (pp. 145-240) of the book "Spin dependent transport in magnetic nanostructures""Taylor & Francis. 145-240 (2002)