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2020 年度 実績報告書

強いスピン軌道相互作用を持つ1次元電子系の物性解明と超伝導接合への展開

研究課題

研究課題/領域番号 18H01813
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

松尾 貞茂  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (90743980)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード朝永ラッティンジャー液体 / スピン軌道相互作用 / スケーリング / 超伝導接合 / マヨラナ粒子
研究実績の概要

本年度はマヨラナ粒子の研究に関して、昨年度まで得られていた単一ナノ細線ジョセフソン接合の磁場による超伝導電流の増強効果のより詳細な実験を行った。その結果、増強が起きる特徴的な磁場がナノ細線の電子密度に依存しないことがわかった。さらに、磁場の掃引方向に対してヒステリシスが観測されることが明らかになった。これらのことから、観測された磁場による超伝導電流の増強現象は磁場により誘起された磁束渦の中心で準粒子がトラップされることにより電子温度が実効的に低くなるために起きる現象であることを解明した。この磁場による超伝導電流の増強はマヨラナ粒子の証拠とされてきたが、我々の研究結果はトリビアルな起源であることを支持している。また、二重ナノ細線を用いたマヨラナ粒子の実現に必要な非局所超伝導相関の物理をより解明するために選択的領域成長型(SAG)のInAsナノ細線を用いた研究を行った。SAG二重ナノ細線上に一つの超伝導電極を共有する二つのジョセフソン接合を各ナノ細線上に形成した。接合間は超伝導金属でのみ接続されているが、接合のアンドレーエフ束縛状態が超伝導電極に染み出して結合することで、二つのジョセフソン接合がコヒーレントに結合する。この結合に起因して、非局所ジョセフソン効果が期待される。この効果の観測のため、二つの接合の片側は超伝導ループに埋め込まれた構造とし、磁場で位相差を制御可能なようにした。極低温での観測の結果、ループの外にある接合のスイッチング電流が磁場に対して振動する様子が得られた。これは非局所ジョセフソン効果が観測されたことを意味する。またGe量子井戸に関して、量子細線への加工技術の開発を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] 北京大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      北京大学
  • [国際共同研究] カリフォルニア大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      カリフォルニア大学
  • [国際共同研究] Ruhr 大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Ruhr 大学
  • [国際共同研究] Lund大学(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      Lund大学
  • [雑誌論文] Evidence of half-integer Shapiro steps originated from nonsinusoidal current phase relation in a short ballistic InAs nanowire Josephson junction2020

    • 著者名/発表者名
      Ueda Kento、Matsuo Sadashige、Kamata Hiroshi、Sato Yosuke、Takeshige Yuusuke、Li Kan、Samuelson Lars、Xu Hongqi、Tarucha Seigo
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 ページ: 033435

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.2.033435

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Full counting statistics of spin-flip and spin-conserving charge transitions in Pauli-spin blockade2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuo Sadashige、Kuroyama Kazuyuki、Yabunaka Shunsuke、Valentin Sascha R.、Ludwig Arne、Wieck Andreas D.、Tarucha Seigo
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 ページ: 033120

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.2.033120

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation of the vortex core size in gate-tunable Josephson junctions in Corbino geometry2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuo Sadashige、Tateno Mizuki、Sato Yosuke、Ueda Kento、Takeshige Yuusuke、Kamata Hiroshi、Lee Joon Sue、Shojaei Borzoyeh、Palmstrom Christopher J.、Tarucha Seigo
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 045301

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.045301

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 二重ナノ細線を用いた非局所ジョセフソン効果の観測2021

    • 著者名/発表者名
      松尾貞茂, Joon Sue Lee, Chien-Yuan Chang, 佐藤洋介, 上田健人, Christopher Palmstrom, 樽茶清悟
    • 学会等名
      ワークショップ「超伝導物質、トポロジカル物質」(SCTM2020)
  • [学会発表] Control of the DC and AC Josephson effects on the ballistic nanowires2020

    • 著者名/発表者名
      Sadashige Matsuo
    • 学会等名
      CEMS Topical Meeting Online Quantum Technology meets Quantum Matter
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal behavior of low-dimensional systems on Si and Ge quantum well2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Sato, X. Liu, K. Takeda, A. Noiri, T. Nakajima, K. Ueda, S. Matsuo, A. Sammak, M. Veldhorst, G. Scappucci, and S. Tarucha
    • 学会等名
      The 25th symposium on the Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-25)
  • [学会発表] 半導体ナノ細線における弾道的ジョセフソン効果の観測と制御2020

    • 著者名/発表者名
      松尾貞茂
    • 学会等名
      東京大学物性研究所ワークショップ「ナノスケール物性科学の最先端と新展開」
    • 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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