位相可変トポロジカルジョセフソン接合の創製

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K18756
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性物理およびその関連分野
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 新見 康洋 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (00574617)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2019-03-31
• キーワード: ジョセフソン接合 / 超伝導材料・素子 / トポロジー / スピン蓄積

研究成果の概要

本研究では、p波スピン三重項の可能性が指摘されたBiとNiの二層薄膜に着目し、スピン輸送測定を行うことで、Bi/Niがトポロジカル超伝導体であることを実証する。さらにこのトポロジカル超伝導体を用いて、巨視的波動関数の位相を任意に変調できるトポロジカルジョセフソン接合の創製を目指した。Bi/Niのスピン拡散長は3 nmで、Ni層に磁性があることと一致する。さらにスピンホール信号は、超伝導転移温度以下で約1000倍増幅した。観測されたスピンホール信号の形状は、s波超伝導体とは大きく異なることが分かった。現在、Bi/Niを用いてジョセフソン接合を作製し、臨界電流とNiの磁性との関係を調べている。

自由記述の分野

低温スピン物性

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在様々な形で量子コンピュータの研究が進んでいるが、超伝導磁束量子回路で用いられている物質の多くがニオブNbをベースとしたs波超伝導体である。しかし、トポロジカル超伝導体を用いた量子デバイスを創製できれば、波動関数の位相制御という新しい機能を付与できる。これにより、超伝導量子コンピュータへの応用（コンパクト化や省エネルギー化）も期待される。さらに、量子力学の位相を積極的に利用した新しい位相物理学を切り開く可能性もある。