| 研究課題/領域番号 |
14J10600
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
馬場 翔二 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| キーワード | InAs自己形成量子ドット / 超伝導体 / クーパー対分離 / InAsナノワイヤー |
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| 研究実績の概要 |
BCS超伝導体内のクーパー対を異なる電極に取り出すCooper-pair splitterは、結果として生じる非局所もつれ電子対が固体中版量子テレポーテーションへの応用や、ベルの不等式等様々な量子力学の原理検証実験への利用といった可能性を持つため、非常に重要な系であり、熱心に研究されてきた。①クーパー対の分離→②分離した対のもつれ相関の検出→③非局所もつれ対の操作という、この領域のロードマップの中で、②→③のブレイクスルーを与えるとして期待されているのが、NbとInAs自己形成量子ドットを用いた並列二重量子ドットジョセフソン接合(DQDJJ)である。しかしながら、Nbの酸化されやすさに起因するナノ素子の作製の難しさから、これまでNb-InAs自己形成ドットのデバイスの報告はなかった。
昨年度の研究では、GaAs基板上にランダムに成長したInAsドットに、高度な位置合わせ技術でNb電極を取り付け、単一量子ドットジョセフソン接合の作製・測定に初めて成功した。超伝導転移電流(~10nA)やエネルギーギャップ(Δ~0.9meV)、転移磁場(~1T)など、クーパー対分離に重要な各パラメータがAlデバイスから飛躍的に改善された。
また、同様にしてDQDJJも作製し、微分コンダクタンスの測定において典型的な並列2重量子ドットの動作を確認した。Nb電極の超伝導性も準粒子トンネル由来のピークから確認できた。ゼロバイアスのI-V特性に非線形な成分が観測され、これは超伝導電流を示唆する。しかしながら測定回路の構成要素によるI-V特性の鈍りがあり、定量的な評価やクーパー対分離の証明は難しいものとなった。しかしながら単一、並列2重いずれの結果も、Cooper-pair splitterの分野でブレイクスルーにつながる重要な結果である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度はNbを用いたInAs自己形成量子ドットジョセフソン接合の完成および、並列二重ドットの接合の確認に成功した。これらは当初目標としていた実行計画を満足するものであり、今後の自己形成ドット・ナノワイヤーを用いた研究への指針を与えたため、概ね順調な進展が得られていると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
より安定した状況で並列2重量子ドットジョセフソン接合の測定を行うため、量子ドットの材料をInAs自己形成量子ドットからInAsナノワイヤーに変更してデバイス作成を行u
。ナノワイヤーの場合、ドットに比べて超伝導電極との重なり面積をかなり大きくとることができ、超伝導電流の測定を安定して行うことができると期待される。並列2重量子ドットジョセフソン接合を作成するためには、2本のナノワイヤーが並列に近接している状況が必要になる。これまでに作製プロセスを確立したため、今後は実際に各種超伝導体によりコンタクトをとり、ドットで行った実験の再現や、より高度な磁場実験などを行う。
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