キタエフ模型に基づく新奇デバイスの理論的提案

基于 Kitaev 模型的新型装置的理论建议

基本信息

批准号：
21H01025
负责人：
土浦宏紀
金额：
$ 9.73万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

キタエフ模型には量子スピン型と1次元p波超伝導型の2種類が知られており，どちらもマヨラナ準粒子を伴う．本申請課題においては，これら二つのキタエフ模型を基にした，braidingを伴わない量子計算素子や，マヨラナ準粒子によるスピンまたは量子位相伝播を利用した論理ゲート等の理論的提案を行い，その特性やノイズ耐性の評価および，第一原理計算を援用した材料探索までを包含した，キタエフ模型の実用化に関する新たなアプローチを展開する．まず1次元p波キタエフ模型に関しては，この模型を平行に配置したワイヤー対を一つのユニットとみなし，さらにこのユニット間のジョセフソン接合素子を調べてきた．初年度の研究により，ユニット間の結合強度およびワイヤー対間の位相差を制御することにより，トポロジカルジョセフソン特性をはじめ，通常の0接合と呼ばれる特性，さらにはπ接合と呼ばれる特性が得られることを見出した．このようにジョセフソン効果の位相-電流特性を外的に制御できる系は，超伝導量子計算メモリ等への応用が期待される. また，2年目の研究により，こうした多様なジョセフソン電流特性が現れる機構を，マヨラナ準粒子の描像に基づく解析により明らかにすることができた．続いて，量子スピン型キタエフ模型に関しては，遍歴マヨラナ粒子による磁気励起伝播の応用可能性について調べてきた．キタエフ模型における磁気励起を運ぶのは電気的に中性の遍歴マヨラナ粒子である．初年度の研究により，キタエフ模型に外部磁場を印加してマヨラナ粒子にエネルギーギャップを与えることにより，磁気励起伝播のON/OFFが可能であることを見出した．また，2年目の研究により，キャリアをドープした量子スピン型キタエフ模型において，回転対称性の破れたスピン3重項の超伝導状態が発現しうることを見出した．

Kitaev模型的两种类型是已知的：量子自旋类型和一维P波超导类型，两者都涉及主要的准粒子。在此应用程序中，我们将提出量子计算元素的理论建议，这些建议不涉及编织，逻辑门，这些逻辑门使用Majoraana Quasiparticles使用旋转或量子相传播的逻辑门，并开发了一种新的方法来实际应用Kitaev模型，包括评估其特性和噪声免疫性，以及使用首先构成材料的搜索材料。首先，关于1D P-WAVE KITAEV模型，我们认为一对与该模型平行排列的电线是单个单元，并进一步研究了这些单元之间的Josephshson交界元件。在研究的第一年中，我们发现，通过控制单位之间的键强度和线对之间的相位差，我们可以获得拓扑约瑟夫森的性质，以及通常的属性，称为0连接，甚至π连接。这样，预计可以在外部控制约瑟夫森效应的相位特征的系统将应用于超导量子计算记忆等。此外，第二年的研究揭示了这些多样的约瑟夫森当前特征的机制，在这种机制中，基于Majorana Quasiparticles的分析表现出这些不同的当前特征。接下来，关于量子自旋型基塔伊夫模型，我们研究了遗传元素粒子磁激发传播的应用。它是电气中立的迈尔德群颗粒，它们在基塔耶（Kitaev）模型中带有磁激发。在研究的第一年中，我们发现可以通过将外部磁场应用于Kitaev模型来打开/关闭磁激发传播，以向Majoraana颗粒提供能隙。此外，第二年的研究发现，具有旋转对称性的自旋三胞胎的超导状态可以在载体掺杂的量子自旋型基塔伊夫模型中表现出来。

项目成果

期刊论文数量（17）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Danube University, Krems(オーストリア)

克雷姆斯多瑙河大学（奥地利）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Rare-earth moment reduction and local magnetic anisotropy in Pr2Fe14B and Tm2Fe14B

Pr2Fe14B 和 Tm2Fe14B 中稀土磁矩的降低和局部磁各向异性

DOI：
10.1016/j.jmmm.2021.168684
发表时间：
2022
期刊：
Journal of Magnetism and Magnetic Materials
影响因子：
2.7
作者：
Sato Hiroto;Yoshioka Takuya;Tsuchiura Hiroki;Mizuno Yoshiyuki;Koike Kunihiro;Takahashi Kohki;Kato Hiroaki
通讯作者：
Kato Hiroaki

Maximum energy product of exchange-coupled Sm(FeCo)12/α-Fe nanocomposite particle