高温超伝導体・強磁性体ハイブリッド素子の量子輸送と量子ビットへの応用

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22710096
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 川畑 史郎 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (30356852)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• キーワード: 量子コンピュータ / スピントロニクス / ジョセフソン効果 / 磁性半導体 / 高温超伝導体 / 計算物理 / メゾスコピック系

研究概要

本研究においては、高温超伝導体と強磁性絶縁体からなる新奇な超伝導ハイブリッド素子の提唱を行い、コヒーレントな量子ビット実現のために不可欠なπ接合が出現することを示した。また摂動理論を用いてπ接合出現の条件を明らかにし、量子ビット素子の提唱を行った。以上の成果により高温超伝導/強磁性絶縁体接合は極めてコヒーレンス性能の高い量子ビットとなり得ることが示された。

研究成果

• [雑誌論文] Theory of finite temperature Josephson transport through a ferromagnetic insulator (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Nakamura, S. Souma, M. Ogawa, and S. Kawabata
  • 雑誌名: Physics Procedia 巻: Vol.27 ページ: 308-311
  • DOI: DOI:10.1016/j.phpro.2012.03.472
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunneling Hamiltonian description of the atomic-scale 0-πtransition in superconductor/ferromagnetic-insulator junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, Y. Tanaka, A. A. Golubov, A. S. Vasenko, S. Kashiwaya, and Y. Asano
  • 雑誌名: Physica C 巻: Vol.471 ページ: 1199-1201
  • DOI: DOI:10.1016/j.physc.2011.05.158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current-voltage characteristics of tunnel Josephson junctions with a ferromagnetic interlayer (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Vasenko, S. Kawabata, A. A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov, C. Lacroix, F. S. Bergeret, and F. W. J. Hekking
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: Vol.84 ページ: 0245241-1-0245241-11
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.84.024524
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic scale 0-πtransition in a high-Tc superconductor/ferromagnetic-insulator/high-Tc superconductor Josephson junction (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, Y. Tanaka, and Y. Asano
  • 雑誌名: Physica E 巻: Vol.43 ページ: 722-725
  • DOI: DOI:10.1016/j.physe.2010.07.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of quantum transport in Josephson junctions with a ferromagnetic insulator (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, and Y. Asano
  • 雑誌名: Low Temp. Phys. 巻: Vol.36 ページ: 915-919
  • DOI: DOI:10.1063/1.3515524
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Strong Coupling on Collective Macroscopic Quantum Tunneling in Intrinsic Josephson Junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, H. Kashiwaya, and S. Kashiwaya
  • 雑誌名: Physica C 巻: Vol.470 ページ: S848-S850
  • DOI: DOI:10.1016/j.physc.2010.01.045
  • 査読あり
• [雑誌論文] A tunneling Hamiltonian theory of 0-πtransition in d-wave superconductor/ferromagnetic-insulator heterostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, S. Kashiway, Y. Tanaka, A. A. Golubov, and Y. Asano
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: Vol.248 ページ: 012039-1-012039-7
  • DOI: DOI:10.1088/1742-6596/248/1/012039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermally induced 0-πphase transition in Josephson junctions through a ferromagnetic oxide film (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, Y. Asano, Y. Tanaka, A. A. Golubov, and S. Kashiwaya
  • 雑誌名: Physica C 巻: Vol.470 ページ: 1496-1498
  • DOI: DOI:10.1016/j.physc.2010.05.147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissipative current in SIFS Josephson junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: A. S. Vasenko, S. Kawabata, A. A. Golubov, and F. W. J. Hekking
  • 雑誌名: Physica C 巻: Vol.470 ページ: 863-866
  • DOI: DOI:10.1016/j.physc.2010.02.081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-junction switching in Bi_2Sr_<1.6> La_<0.4> CuO_<6+δ> intrinsic Josephson junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: A. S. H. Kashiwaya, T. Matsumoto, H. Shibata, H. Eisaki, Y. Yoshida, S. Kawabata, and S. Kashiwaya
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 巻: Vol.3 ページ: 043101-1-043101-4
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.3.043101
  • 査読あり
• [学会発表] 強磁性絶縁体を用いたジョセフソンπ接合の理論 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村周平、相馬聡文、小川真人、川畑史郎
  • 学会等名: 2012年日本物理学年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] 強磁性絶縁体を用いたジョセフソンπ接合の理論 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村周平、相馬聡文、小川真人、川畑史郎
  • 学会等名: 第25回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府)
  • 年月日: 2011-11-21
• [学会発表] Theory of finite temperature Josepshon current through a ferromagnetic-insulator (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Nakamura, S. Souma, M. Ogawa, and S. Kawabata
  • 学会等名: 24th International Symposium on Superconductivity(ISS2011)
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2011-10-24
• [学会発表] Current-voltage characteristics of SIFS tunnel junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: A. S. Vasenko, S. Kawabata, A. A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov, C. Lacroix, F. S. Bergeret, and F. W. J. Hekking
  • 学会等名: Superconducting hybrids : from conventional to exotic
  • 発表場所: Villard de Lans/France
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] Novel features of DOS in S/F bilayer (2011)
  • 著者名/発表者名: A. S. Vasenko, S. Kawabata, A. A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov, C. Lacroix, F. S. Bergeret, and F. W. J. Hekking
  • 学会等名: Moscow International Symposium on Magnetism(MISM2011)
  • 発表場所: Moscow/Russia
  • 年月日: 2011-08-21
• [学会発表] Theory of Josephson transport through ferromagnetic insulators and semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, Y. Tanaka, S. Kashiwaya, A. S. Vasenko, A. A. Golubov, and Y. Asano
  • 学会等名: Moscow International Symposium on Magnetism(MISM2011)
  • 発表場所: Moscow/Russia
  • 年月日: 2011-08-21
• [学会発表] Dynamic properties of SIFS Josephson Junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: A. A. Golubov, A. S. Vasenko, S. Kawabata, M. Yu. Kupriyanov, F. S. Bergeret, and F. W. J. Hekking
  • 学会等名: Moscow International Symposium on Magnetism(MISM2011)
  • 発表場所: Moscow/Russia
  • 年月日: 2011-08-21
• [学会発表] Novel Josepshonπ-state in a Ferromagnetic Insulator (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, S. Kashiwaya, Y. Tanaka, A. A. Golubov, and Y. Asano
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology(ISNTT2011)
  • 発表場所: NTT物性科学基礎研究所(神奈川県)
  • 年月日: 2011-01-12
• [学会発表] Theory of Josepshonπ-state in a Ferromagnetic Insulators (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, S. Kashiwaya, Y. Tanaka, A. A. Golubov, and Y. Asano
  • 学会等名: Superconductivity and Magnetism : Hybrid proximity nanostructures and intrinsic phenomena(SM2010)
  • 発表場所: Salerno/Italy
  • 年月日: 2010-09-10
• [学会発表] Theory ofπ-junction in a mesoscopic ferromagnetic-insulator/superconductor hybrid structure (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, and Y. Asano
  • 学会等名: The 6th International Conference on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors(PASPS-VI)
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
  • 年月日: 2010-08-03
• [学会発表] Atomic-scale 0-πtransition in a superconductor/ferromagnetic-insulator heterostructure (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, Y. Asano, S. Kashiwaya, Y. Tanaka, and A. A. Golubov, and Y. Asano
  • 学会等名: The International conference on Theoretical Physics : Dubna-Nano2010
  • 発表場所: Dubna/Russia
  • 年月日: 2010-07-08
• [学会発表] Josephson transport through a ferromagnet/superconductor hybrid structure and its application to quantum bit (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kawabata, and Y. Asano
  • 学会等名: International Symposium on Physics of Quantum Technology(CREST2010)
  • 発表場所: 国立情報学研究所(東京都)
  • 年月日: 2010-04-08