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2022 年度 実績報告書

トポロジカル超伝導体薄膜を用いた新奇量子デバイスの創製

研究課題

研究課題/領域番号 20J20229
研究機関大阪大学

研究代表者

徳田 将志  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
キーワードトポロジカル超伝導体 / メゾスコピック系 / 量子化磁束
研究実績の概要

本研究課題では、薄膜のトポロジカル超伝導体に焦点を当てています。薄膜物質であれば、微細加工によって人工的にデザインしたメゾスコピック系の素子に組み込むことが可能です。メゾスコピック系の素子を用いることで、輸送測定から超伝導秩序変数の情報が取得できます。本研究課題では、メゾスコピック系の素子においてトポロジカル超伝導体に特有の輸送現象を観測することを目指してきました。トポロジカル超伝導体にはカイラル超伝導体とヘリカル超伝導体の2種類が存在しますが、本研究ではカイラル超伝導体の有力な候補であるBi/Ni薄膜について主に研究を進めてきました。
令和4年度は、前年度までで得られたBi/Ni薄膜超伝導体を微小なリング型素子に加工したデバイスにおけるLittle-Parks(LP)振動の磁場印加による位相変化について、理論家と共同で考察を進めました。これまでの理論では、カイラル超伝導体を仮定した場合でもLP振動の位相変化を再現できませんでしたが、その理論の仮定の中にBi/Ni薄膜のスピン軌道相互作用と磁気モーメントを考慮したところ、実験結果を再現することができました。このことから、Bi/Ni薄膜がカイラル超伝導体であるという予想に矛盾しない実験的根拠が得られたとともに、磁場印加によるLP振動の位相変化という前例のない現象の説明が可能になりました。このようなLP振動の位相変化は、トポロジカル超伝導体を用いたナノスケールの量子デバイスに新奇な機能を付与する可能性があります。また、同じくトポロジカル超伝導体の候補であるPtBi2にSeをドープした試料に対して上部臨界磁場の測定を行い、特徴的なヒステリシスを観測しました。このヒステリシスに対して試料への磁束の侵入を詳細に検討しながら解析を行ったところ、この試料中での磁束のダイナミクスが明らかになりました。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件)

  • [国際共同研究] 復旦大学物理系(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      復旦大学物理系
  • [雑誌論文] Kondo effect in Lieb's minimal ferrimagnetic system on the T-shaped bipartite lattice2022

    • 著者名/発表者名
      Tokuda Masashi、Nishikawa Yunori
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 195120

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.195120

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Higher harmonic resistance oscillations in micro-bridge superconducting Nb ring2022

    • 著者名/発表者名
      Tokuda Masashi、Nakamura Ryoya、Maeda Masaki、Niimi Yasuhiro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: 060908

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac6a37

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Observation of Little-Parks oscillations in Bi/Ni bilayer film2022

    • 著者名/発表者名
      M. Tokuda, M. Nakao, M. Watanabe, R. Nakamura, M. Maeda, S. Lee, D. Yue, K. Aoyama, T. Mizushima, X.-F. Jin, K. Kobayashi, and Y. Niimi
    • 学会等名
      29th International Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Thickness-induced crossover from strong to weak collective pinning in exfoliated FeTe0.6Se0.4 thin films at 1 T2022

    • 著者名/発表者名
      R. Nakamura, M. Tokuda, M. Watanabe, M. Maeda, M. Nakajima, and Y. Niimi
    • 学会等名
      29th International Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Superconducting properties in Se-doped PtBi2 thin films2022

    • 著者名/発表者名
      M. Maeda, M. Tokuda, R. Nakamura, M. Watanabe, K. Takaki, K. Kudo, and Y. Niimi
    • 学会等名
      29th International Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of Little-Parks oscillations in Bi/Ni bilayer film2022

    • 著者名/発表者名
      M. Tokuda, M. Nakao, M. Watanabe, R. Nakamura, M. Maeda, S. Lee, D. Yue, K. Aoyama, T. Mizushima, X.-F. Jin, K. Kobayashi, and Y. Niimi
    • 学会等名
      24th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces
    • 国際学会
  • [学会発表] Unique magnetoresistance and Hall effects in classical triangular antiferromagnet Ag2CrO2 thin films2022

    • 著者名/発表者名
      M. Watanabe, R. Asama, M. Tokuda, S. Suzuki, H. K. Yoshida, and Y. Niimi
    • 学会等名
      24th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces
    • 国際学会
  • [学会発表] FeTe0.6Se0.4薄膜素子における磁束ピン留め機構のクロスオーバー2022

    • 著者名/発表者名
      中村瞭弥, 徳田将志, 渡邉杜, 前田将輝, 中島正道, 新見康洋
    • 学会等名
      第28回渦糸物理ワークショップ
  • [学会発表] SeドープPtBi2薄膜超伝導体の上部臨界磁場測定2022

    • 著者名/発表者名
      前田将輝, 徳田将志, 中村瞭弥, 渡邉杜, 蒋男, 高木健輔, 工藤一貴, 新見康洋
    • 学会等名
      第28回渦糸物理ワークショップ
  • [学会発表] T字型4量子ドット系におけるLiebフェリ磁性と近藤効果の競合2022

    • 著者名/発表者名
      徳田将志, 西川裕規
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] SeドープPtBi2薄膜超伝導の上部臨界磁場測定2022

    • 著者名/発表者名
      前田将輝, 徳田将志, 中村瞭弥, 渡邉杜, 蒋男, 高木健輔, 工藤一貴, 新見康洋
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] マイクロブリッジ型Nbリング素子における抵抗の高次高調波振動2022

    • 著者名/発表者名
      徳田将志, 中村瞭弥, 前田将輝, 新見康洋
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会

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公開日: 2023-12-25  

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