新奇マヨラナ粒子発見に向けたInSb量子ポイントコンタクトの伝導特性研究

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本研究ではInSbトレンチゲート量子ポイントコンタクトを作製し、電気伝導に対するスピン軌道相互作用の影響を調べた。また超伝導薄膜電極を持つ量子ポイントコンタクト試料の作製を試みた。本年度は、InSbトレンチゲート量子ポイントコンタクトの中央にセンターゲートを付加することにより、電気伝導特性のゲート制御性改善を行った。また試料のセンターゲートに電圧を印加することによるラシュバのスピン軌道相互作用変調を試みた。ゼロ磁場における電子スピンの分裂を観測し、スピン軌道相互作用がセンターゲート電圧によって変調されることを確認した。マヨラナ粒子の検出実験を行うためには、前提としてラシュバのスピン軌道相互作用の大きさを変調させることのできる擬一次元半導体デバイスが必要となる。本研究では原子層堆積(ALD)法によりInSbトレンチゲート量子ポイントコンタクト試料の表面に酸化アルミニウム薄膜を堆積し、その上から金属製センターゲートを取り付けるという手法でゲートを付加した。狭ギャップ半導体であるInSbにおいては絶縁性・制御性の優れたゲートの作製が課題であり、トレンチゲートとセンターゲートの組み合わせによりゲート制御性を改善することに成功した。またセンターゲート電圧を制御することでラシュバのスピン軌道相互作用を変調することが可能であり、電気伝導測定によって電子スピンの分裂を観測することでその効果を確かめた。トレンチゲートと金属ゲートの組み合わせは量子ポイントコンタクト構造のみならず他の低次元半導体構造にも応用でき、トップダウン法によるInSbナノデバイス作製研究についても貢献した。