二次元材料で構築された原子層ジョセフソン素子の創成と物性評価

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03858
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: Chen Yong 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (30806732)
• 研究分担者: 井土 宏 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (20784507) ; 熊谷 明哉 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50568433) ; 谷垣 勝己 東北大学, 材料科学高等研究所, 名誉教授 (60305612)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: マイクロ・ナノデバイス / 低温物性 / 超伝導材料・素子

研究実績の概要

本研究提案では、二次元材料の理想構造を利用した原子層ジョセフソン素子などの新規素子構造の構築とその特異な物性評価を目標としている。今年度は、原子層素子やデバイスを創成し、その物性評価を行った。例えば、h-BNをトンネル障壁として利用したジョセフソン接合の作製とその低臨界電流ノイズの観測に成功し、その他にも磁性を持つ２次元物質の角度制御したヘテロ構造を作製とその磁性の観察、異方性の頑健性を考慮したスピン液体物質におけるスピン輸送の計測、ファンデルワールス物質における核スピン偏極とその制御、2次元反強磁性体ヘテロ構造における界面強磁性の創発などの研究成果をえることができた。特に、h-BNを利用したジョセフソン素子の臨界電流ノイズは、これまで研究されてきた酸化アルミニウムを用いたジョセフソン接合よりも少なくとも 4 倍低くなっていることが分かり、h-BNが高品質ジョセフソン接合および量子ビット応用のための新しいトンネル障壁として応用が期待されることを示した。また、これらのデバイス作製技術を応用し、DyScO3単結晶上にSr1-xLaxCuO2エピタキシャル薄膜を作製とその低温磁気抵抗の観測にも成功している。更に、他分野への応用として開始した電気化学顕微鏡などによるヘテロ構造内におけるイオンが介在した水素発生反応や二酸化炭素還元反応などの計測にも成功し、二次元材料の理想的な構造とその物性評価が可能となった。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Electrically tunable moire magnetism in twisted double bilayer antiferromagnets (2022)
  • 著者名/発表者名: Guanghui Cheng, Mohammad Mushfiqur Rahman, Andres Llacsahuanga Allcca, Avinash Rustagi, Xingtao Liu, Lina Liu, Lei Fu, Yanglin Zhu, Zhiqiang Mao, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Pramey Upadhyaya, Yong P. Chen
  • 雑誌名: arXiv 巻: - ページ: 1-24
  • DOI: 10.48550/arXiv.2204.03837
  • 国際共著
• [雑誌論文] Spin sensitive transport in a spin liquid material: revealing a robustness of spin anisotropy (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, M. Kimata, S. Okamoto, P. Laurell, N. Mohanta, M. Cothrine, S. E. Nagler, D. Mandrus, A. Banerjee, Y. P. Chen
  • 雑誌名: arXiv 巻: - ページ: 1-18
  • DOI: 10.48550/arXiv.2204.03158
  • 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear spin polarization and control in a van der Waals material (2022)
  • 著者名/発表者名: Xingyu Gao, Sumukh Vaidya, Kejun Li, Peng Ju, Boyang Jiang, Zhujing Xu, Andres E. Llacsahuanga Allcca, Kunhong Shen, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Sunil A. Bhave, Yong P. Chen, Yuan Ping, Tongcang Li
  • 雑誌名: arXiv 巻: - ページ: 1-7
  • DOI: 10.48550/arXiv.2203.13184
  • 国際共著
• [雑誌論文] Emergence of electric-field-tunable interfacial ferromagnetism in 2D antiferromagnet heterostructures (2022)
  • 著者名/発表者名: Guanghui Cheng, Mohammad Mushfiqur Rahman, Zhiping He, Andres Llacsahuanga Allcca, Avinash Rustagi, Kirstine Aggerbeck Stampe, Yanglin Zhu, Shaohua Yan, Shangjie Tian, Zhiqiang Mao, Hechang Lei, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Pramey Upadhyaya, Yong P. Chen
  • 雑誌名: arXiv 巻: - ページ: 1-14
  • DOI: 10.48550/arXiv.2203.13051
  • 国際共著
• [雑誌論文] Magnetotransport of thin film Sr1-xLaxCuO2 on (110) DyScO3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Lustikova Jana、Wang Rui-Feng、Zhong Yong、Wang ShuZe、Kumatani Akichika、Ma Xu-Cun、Xue Qi-Kun、Chen Yong P.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 61 ページ: 040904～040904
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac50bc
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electric field control of interaction between magnons and quantum spin defects (2022)
  • 著者名/発表者名: Solanki Abhishek B.、Bogdanov Simeon I.、Rahman Mohammad M.、Rustagi Avinash、Dilley Neil R.、Shen Tingting、Tong Wenqi、Debashis Punyashloka、Chen Zhihong、Appenzeller Joerg、Chen Yong P.、Shalaev Vladimir M.、Upadhyaya Pramey
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 ページ: L012025-1~7
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.L012025
• [雑誌論文] A Josephson Junction with h-BN tunnel barrier: observation of low critical current noise (2021)
  • 著者名/発表者名: Tian Jifa、Jauregui Luis A、Wilen C D、Rigosi Albert F、Newell David B、McDermott R、Chen Yong P
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 33 ページ: 495301～495301
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ac268f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Epitaxial Growth of Monolayer PdTe2 and Patterned PtTe2 by Direct Tellurization of Pd and Pt surfaces (2021)
  • 著者名/発表者名: Liu Lina、Zemlyanov Dmitry、Chen Yong P
  • 雑誌名: 2D Materials 巻: 8 ページ: 045033～045033
  • DOI: 10.1088/2053-1583/ac166b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mobility spectrum analysis on three-dimensional topological insulator BiSbTeSe₂ (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Jimin、Kurzendorfer Alexander、Chen Lin、Wang Zhiwei、Ando Yoichi、Xu Yang、Miotkowski Ireneusz、Chen Yong P.、Weiss Dieter
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 118 ページ: 253107～253107
  • DOI: 10.1063/5.0047773
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spin injection characteristics of Py/graphene/Pt by gigahertz and terahertz magnetization dynamics driven by femtosecond laser pulse (2021)
  • 著者名/発表者名: Idzuchi H.、Iihama S.、Shimura M.、Kumatani A.、Mizukami S.、Chen Y. P.
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 11 ページ: 015321～015321
  • DOI: 10.1063/9.0000114
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Opposite current-induced spin polarizations in bulk-metallic Bi2Se3 and bulk-insulating Bi2Te2Se topological insulator thin flakes (2021)
  • 著者名/発表者名: Jifa Tian, Cuneyt Sahin, Ireneusz Miotkowski, Michael E Flatte, and Yong P. Chen
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 035412-1~8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.035412
  • 査読あり / 国際共著
• [図書] Topological Insulator and Related Topics (2021)
  • 著者名/発表者名: Yang Xu and Yong P. Chen
  • 総ページ数: 73-124
  • 出版者: Semiconductors and Semimetal
• [図書] Semiconductor Nanodevices: Physics, Technology and Applications (2021)
  • 著者名/発表者名: Morteza Kayyalha, Leonid P. Rokhinson and Yong P. Chen
  • 総ページ数: 241-264
  • 出版者: Frontiers of Nanoscience