2008 Fiscal Year Annual Research Report
強磁性体ジョセフソン接合を用いた量子コンピュータの理論
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19710085
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
川畑 史郎 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, ナノテクノロジー研究部門, 主任研究員 (30356852)
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| Keywords | 量子コンピュータ / スピントロニクス / 強磁性絶縁体 / ジョセフソン接合 / メゾスコピック系 / 巨視的量子トンネル効果 / 量子情報 / グリーン関数法 |
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| Research Abstract |
本研究においては、強磁性絶縁体を用いたジョセフソン接合の量子ダイナミクスの解析を行い、その基礎的物性の理論的予測及び評価行う。そして、量子コンピュータの構成要素としての可能性を検討する。昨年度、LBCO銅酸化物強磁性体などの完全偏極強磁性絶縁体を介したジョセフソン接合においてπ接合が出現することを理論的に予言した。本年度は、その物理的メカニズムを強束縛模型及び転送行列法用いて解明した。そして、強磁性障壁に対する透過係数のスピン依存性がπ接合形成に本質的であることを明らかにした。
さらに、Euカルコゲナイドなどのスピンフィルター材料を介したジョセフソン効果に関して大規模数値シミュレーションを行った。その結果、スピンフィルター効果のみではπ接合は生じないが、局在電子と価電子との間の起動混成が大きければ、π接合が実現可能であることを明らかにした。さらに、スピンフィルター材料の膜厚を変化させると0接合からπ接合へ交互に転移を引き起こすという興味深い新奇現象を見出した。また、超伝導電極が高温超伝導体の場合にも拡張を行い、その動作温度が金属超伝導体に比べて大きく向上することも分かった。
以上により、強磁性絶縁材料は量子コンピュータの構成要素として極めて有望であるということが明らかとなり、本研究の目標は達成されたと考える。なお以上の成果に関して、本年度は二件の国際会議(イギリス、つくば)において招待講演を行った。
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