Creation of novel quantum devices utilizing thin film topological superconductors

利用薄膜拓扑超导体创建新型量子器件

• 批准号: 20J20229
• 负责人: 徳田 将志
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20229/
• 关键词: トポロジカル超伝導体; メゾスコピック系; 量子化磁束; 量子干渉効果; 近藤効果; 数値くり込み群; スピン輸送測定

本研究課題では、薄膜のトポロジカル超伝導体に焦点を当てています。薄膜物質であれば、微細加工によって人工的にデザインしたメゾスコピック系の素子に組み込むことが可能です。メゾスコピック系の素子を用いることで、輸送測定から超伝導秩序変数の情報が取得できます。本研究課題では、メゾスコピック系の素子においてトポロジカル超伝導体に特有の輸送現象を観測することを目指してきました。トポロジカル超伝導体にはカイラル超伝導体とヘリカル超伝導体の２種類が存在しますが、本研究ではカイラル超伝導体の有力な候補であるBi/Ni薄膜について主に研究を進めてきました。令和4年度は、前年度までで得られたBi/Ni薄膜超伝導体を微小なリング型素子に加工したデバイスにおけるLittle-Parks(LP)振動の磁場印加による位相変化について、理論家と共同で考察を進めました。これまでの理論では、カイラル超伝導体を仮定した場合でもLP振動の位相変化を再現できませんでしたが、その理論の仮定の中にBi/Ni薄膜のスピン軌道相互作用と磁気モーメントを考慮したところ、実験結果を再現することができました。このことから、Bi/Ni薄膜がカイラル超伝導体であるという予想に矛盾しない実験的根拠が得られたとともに、磁場印加によるLP振動の位相変化という前例のない現象の説明が可能になりました。このようなLP振動の位相変化は、トポロジカル超伝導体を用いたナノスケールの量子デバイスに新奇な機能を付与する可能性があります。また、同じくトポロジカル超伝導体の候補であるPtBi2にSeをドープした試料に対して上部臨界磁場の測定を行い、特徴的なヒステリシスを観測しました。このヒステリシスに対して試料への磁束の侵入を詳細に検討しながら解析を行ったところ、この試料中での磁束のダイナミクスが明らかになりました。

This research topic is about how to focus on thin films and superconductors. Thin film materials, fine processing, artificial materials, etc. Information on the number of elements in the transmission system is obtained by measuring the number of elements in the transmission system This study aims to investigate the transport phenomena characteristic of superconductors. There are two kinds of superconductors, Bi/Ni thin films and Bi/Ni thin films. In 2004 and 2005, the Bi/Ni thin film superconductors were investigated by theorists in conjunction with the phase transformation of the magnetic field of vibration in Little-Parks(LP). The phase transformation of LP vibration is reproduced in the case of theoretical stability of Bi/Ni thin films, and the phase transformation of LP vibration is reproduced in the case of theoretical stability of Bi/Ni thin films. This is a description of the phenomenon that Bi/Ni thin films are superconductors and the phase of LP vibration is changed in the magnetic field. The phase transformation of LP vibration is possible due to the application of quantum vibration. PtBi2 is a candidate for the same type of superconducting material and is used to measure the upper critical magnetic field. The magnetic beam penetration of the sample is analyzed in detail, and the magnetic beam penetration of the sample is analyzed in detail.

项目成果

Bi/Ni 薄膜における Little-Parks 振動の観測

Bi/Ni 薄膜中 Little-Parks 振荡的观察

• 发表时间: 2021
• 作者: 徳田将志，中尾舞，渡邉杜，中村瞭弥，前田将輝，Sanghyun Lee，Yue Di;青山和司，水島健，Jin Xiao-Feng，小林研介，新見康洋
• 通讯作者: 青山和司，水島健，Jin Xiao-Feng，小林研介，新見康洋

Thickness-induced crossover from strong to weak collective pinning in exfoliated FeTe0.6Se0.4 thin films at 1 T

• DOI: 10.1103/physrevb.104.165412
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: R. Nakamura;Masashi Tokuda;Mori Watanabe;M. Nakajima;K. Kobayashi;Y. Niimi

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Unique magnetoresistance and Hall effects in classical triangular antiferromagnet Ag2CrO2 thin films

经典三角反铁磁体 Ag2CrO2 薄膜中独特的磁阻和霍尔效应

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Watanabe;R. Asama;M. Tokuda;S. Suzuki;H. K. Yoshida;Y. Niimi
• 通讯作者: Y. Niimi

FeTe0.6Se0.4薄膜素子の磁束ピン留め機構の評価

FeTe0.6Se0.4薄膜器件磁通钉扎机制评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 中村瞭弥;渡邉杜;徳田将志;前田将輝;中島正道;新見康洋
• 通讯作者: 新見康洋