微小超伝導体の物理とその量子計算機素子への応用に関する理論的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540321
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 海老澤 丕道 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (90005439)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今村 裕志 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助手 (30323091) ; 林 正彦 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 講師 (60301040)
• Keywords: 超伝導 / メソスコピック系 / ナノテクノロジー / 量子計算 / スピニクス / ジョセフソン効果 / クーロンブロッケード / パリティー効果

Research Abstract

本年度は,超伝導-常伝導複合系の基礎理論の整備、および微小超伝導体の物性に関して基礎的な知識の獲得を目的として以下の研究を行った。
(1)微小超伝導体からなる単電子トランジスタおよびSQUIDにおけるパリティー効果の理論的研究
微小超伝導体を島電極としてもつ単電子トランジスタの電気伝導にける,クーロン振動に対する量子ゆらぎの効果を非平衡グリーン関数の方法を用いて調べた.その結果,量子ゆらぎはパリティー効果を強める事を見出した.また,微小なSQUIDに対するパリティー効果の影響を,パリティー射影された大正準関数を用いて調べた.その結果,奇パリティー領域においてはSQUIDにおけるJosephson接合のエネルギーは偶パリティーの場合と比較して著しく小さくなりえることを見出した.
(2)微小超伝導体に対するスピン注入の効果の理論的研究
強磁性電極に繋いだ微小な超伝導体における偶奇効果とトンネル磁気抵抗について理論的に研究を行った.その結果クーロンブロッケード領域に隣接するプラトー領域では有限のバイアス電圧が掛かっているにもかかわらずスピン蓄積が起きないことが分かった.プラトー領域ではスピンの情報は1つの電子によってのみ運ばれ,トンネル磁気抵抗を測定することにより1つの電子のスピン緩和時間が測定可能であることを示した.
(3)微小超伝導体-常伝導体接合系におけるメソスコピックな軌道磁性の理論的研究
超伝導体がメソスコピックな正常金属が近接するときに,正常領域での軌道磁性に対する超伝導近接効果の影響を,Bogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解くことにより解析した.その結果,正常金属が微小である場合には,Andreev束縛状態と呼ばれる状態が,正常領域に形成され,軌道磁性に対して顕著な影響(メソスコピックゆらぎの増大)を及ぼすことを見出した.

Research Products

• [Publications] Y.Utsumi, H.Imamura, M.Hayashi, H.Ebisawa: "Noise of a single-electron transistor in the regime of large quantum fluctuations of island charge out of equilibrium"Physical Review B. 67. 035317 (2003)
• [Publications] M.Hayashi, H.Ebisawa: "Parity effect in a tiny SQUID"Physical Review B. 67. 014524 (2003)
• [Publications] Y.Utsumi, H.Imamura, M.Hayashi, H.Ebisawa: "Charge fluctuation between even and odd states of a superconducting island"Physical Review B. 67. 024513 (2003)
• [Publications] Y.Utsumi, H.Imamura, M.Hayashi, H.Ebisawa: "The effect of large quantum fluctuation on the noise of a single-electron transistor"Physica E. (印刷中). (2003)
• [Publications] M.Hayashi, H.Ebisawa: "Heterogeneous High Temperature Cuprate Superconductors"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [Publications] Y.Utsumi, H.Imamura, M.Hayashi, H.Ebisawa: "The effect of large quantum fluctuation on the noise of a single-electron transistor"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [Publications] T.Suzuki, M.Hayashi, H.Imamura, Hiromichi Ebisawa: "Superconducting Correlation in Orbital Magnetism of Quantum Dots"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [Publications] T.Suzuki, M.Hayashi, H.Imamura, Hiromichi Ebisawa: "Superconducting Correlation in Orbital Magnetism of Quantum Dots"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [Publications] T.Yamashitaa, H.Imamura, S.Takahashi, S.Maekawa: "Andreev Reflection in Ferromagnet/Superconductor/Ferromagnet Structures"Physica (Proceedings of LT23). (出版予定). (2003)
• [Publications] S.Maekawa, S.Takahashi, H.Imamura: "Spin Injection into Superconductors"J. Phys. D.. 35. 2452-2456 (2002)
• [Publications] H.Imamura, Y.Utsumi, H.Ebisawa: "Parity Effect and Tunnel Magnetoresistance of Ferromagnet/Superconductor/Ferromagnet Single-Electron Tunneling Transistors"Physical review B. 66. 054503 (2003)
• [Publications] S.Maekawa, S.Takahashi, H.Imamura: "Chapter 4 (pp. 145-240) of the book "Spin dependent transport in magnetic nanostructures""Taylor & Francis. 145-240 (2002)