2019 Fiscal Year Annual Research Report
Project Area | Science of hybrid quantum systems |
Project/Area Number |
15H05867
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Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
Principal Investigator |
石橋 幸治 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (30211048)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 雄高 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (10324451)
平山 祥郎 東北大学, 理学研究科, 教授 (20393754)
神田 晶申 筑波大学, 数理物質系, 教授 (30281637)
小林 慶裕 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30393739)
川村 稔 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, 専任研究員 (60391926)
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Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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Keywords | 電荷 / スピン / 核スピン / 超伝導 / 量子ハイブリッド構造 |
Outline of Annual Research Achievements |
電荷とスピンをハイブリッドさせる系として、量子物質と超伝導体とのハイブリッド構造、化合物半導体、ナノカーボン材料、2次元物質などを取り上げた。 1)InAsナノワイアとNbを用いてinsituジョセフソン接合を形成し、ハードギャップが形成されていることを確認した。また、マイクロ波共振器と結合させることによりアンドレーエフ束縛状態のエネルギースペクトルを測定することができた。WTe2ではhBN薄膜スタック技術、電極形成プロセスを開発し、デバイスの電気伝導測定が可能となった。磁性トポロジカル絶縁体では、ホール抵抗の量子化値が100万分の1以下の精度で量子化することを見出した。また、磁化方向回転による量子異常ホール相からのトポロジカル相転移に関して、相転移の臨界指数を実験的に決定した。NbSe2薄膜における渦糸侵入の検出に成功した。 2)半導体量子構造の基本である量子ポイントコンタクト(QPC)の伝導特性に関してチャネル中の電子が感じる歪の四重極分離による高感度測定に成功した。InSb二次元系での抵抗検出NMR、GaAs量子ドットでの単一正孔のコヒーレント操作、多重パルス列を用いた核スピンのコヒーレンスを決める雑音測定など量子制御につながる成果も得られた。 3)絶縁物基板上乱層グラフェン薄膜はテンプレートグラフェン上に無触媒CVD法で直接合成した。乱層・多層薄膜での単層性発現や環境効果遮蔽により、移動度や伝導度などキャリア輸送特性の著しい向上を見出した。さらにキャリア輸送特性を磁場を印加した低温で計測し、位相緩和長や弾性散乱長の解析から、量子デバイスとしての性能向上にはドメイン境界や欠陥密度の低減が重要であることを明らかにした。1本のカーボンナノチューブに流れる電流によりNVセンターのエネルギー状態の変調を実証することができた。
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Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(175 results)
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[Journal Article] Precise resistance measurement of quantum anomalous Hall effect in magnetic heterostructure film of topological insulator2020
Author(s)
Yuma Okazaki, Takehiko Oe, Minoru Kawamura, Ryutaro Yoshimi, Shuji Nakamura, Shintaro Takada, Masataka Mogi, Kei S. Takahashi, Atsushi Tsukazaki, Masashi Kawasaki, Yoshinori Tokura, and Nobu-Hisa Kaneko
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 116
Pages: 143101-1-5
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Magnetotransport of electrically induced two-dimensional hole gases in undoped GaSb quantum wells2020
Author(s)
Kenji Shibata, Matija Karalic, Christopher Mittag, Thomas Tschirky, Christian Reichl, Hiromu Ito, Katsushi Hashimoto, Toru Tomimatsu, Yoshiro Hirayama, Werner Wegscheider, Thomas Ihn, and Klaus Ensslin
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Journal Title
Phys. Rev. Research
Volume: 2
Pages: 033383-1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Large Anomalous Hall Effect in Topological Insulators with Proximitized Ferromagnetic Insulators2019
Author(s)
Masataka Mogi, Taro Nakajima, Victor Ukleev, Atsushi Tsukazaki, Ryutaro Yoshimi, Minoru Kawamura, Kei S. Takahashi, Takayasu Hanashima, Kazuhisa Kakurai, Taka-hisa Arima, Masashi Kawasaki, and Yoshinori Tokura
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 123
Pages: 16804-1-6
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Electrically tunable effective g-factor of a single hole in a lateral GaAs/AlGaAs quantum dot2019
Author(s)
Sergei Studenikin, Marek Korkusinski, Motoi Takahashi, Jordan Ducatel, Aviv Padawer-Blatt, Alex Bogan, D. Guy Austing, Louis Gaudreau, Piotr Zawadzki, Andrew Sachrajda, Yoshiro Hirayama, Lisa Tracy, John Reno, and Terry Hargett
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Journal Title
Nature Communication Physics
Volume: 2
Pages: 159-1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Fast and Ultraclean Approach for Measuring the Transport Properties of Carbon Nanotubes2019
Author(s)
N. Wei, P. Laiho, A. T. Khan, A. Hussain, A. Lyuleeva, S. Ahmed, Q. Zhang, Y. Liao, Y. Tian, E.‐X. Ding, Y. Ohno, and E. I. Kauppinen
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Journal Title
Adv. Func. Mater.
Volume: 30
Pages: 1907150, 1-9
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Electric-field-induced two-dimensional hole gas in undoped GaSb quantum wells2021
Author(s)
K. Shibata, M. Karalic, C. Mittag, T. Tschirky, C. Reichl, H. Ito, K. Hashimoto, T. Tomimatsu, Y. Hirayama, W. Wegscheider, T. Ihn, and K. Ensslin
Organizer
The 4th International Symposium for The Core Research Cluster for Spintronics
Int'l Joint Research
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[Presentation] Proximity-induced Quantum Anomalous Hall Effect in (Zn,Cr)Te/(Bi,Sb)2Te3/(Zn,Cr)Te Heterostructure Film2019
Author(s)
R. Watanabe, R. Yoshimi, M. Kawamura, M. Mogi, A. Tsukazaki, X. Yu, K. Nakajima, K. S. Takahashi, M. Kawasaki, and Y. Tokura
Organizer
International symposium on hybrid quantum systems 2019, Matsue, Japan
Int'l Joint Research
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[Presentation] Electric-field-induced two-dimensional hole gas in undoped GaSb quantum wells2019
Author(s)
Kenji Shibata, Matija Karalic, Christopher Mittag, Thomas Tschirky, C. Reichl , H. Ito , K. Hashimoto, T. Tomimatsu, Y. Hirayama, W. Wegscheider, T. Ihn, K. Ensslin
Organizer
The 21st International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON2019) Nara
Int'l Joint Research
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[Presentation] Two-dimensional hole transport in undoped GaSb quantum well2019
Author(s)
K. Shibata, M. Karalic, C. Mittag, T. Tschirky, C. Reichl, H. Ito, K. Hashimoto, T. Tomimatsu, Y. Hirayama, W. Wegscheider, T. Ihn, and K. Ensslin
Organizer
International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2019 (HQS2019), Matsue, Shimane
Int'l Joint Research
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