超伝導/強磁性電極を有する単一自己形成InAs量子ドットにおける多体スピン相関の制御

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本年度、我々は自己形成InAs量子ドットを含む量子ドットジョセフソン接合において、超伝導体/InAs量子ドット界面で起こる超伝導相関と近藤相関の競合の解明を目指して研究を行っている。Al電極を持つInAs量子ドットジョセフソン接合の近傍にサイドゲートを作製し、局所的なドット状態の制御を実現した(図4)。横方向から非対称に結合した局所ゲートはトンネル結合を変え、その結果、近藤効果を電気的に制御することに成功した。さらに近藤温度TKを制御して、超伝導ギャップ・との比を系統的に変えてゆくと、近藤相関が支配的な領域では超伝導電流が増大し、逆に局在モーメントの遮蔽が十分でない磁気的縮退状態ではクーロン相互作用により超伝導電流が強く抑制される。この0-p接合相転移は近藤温度と超伝導ギャップの比が~1.1で起こり、理論とも一致する結果を得た。さらに、同じ試料の常伝導状態において、近藤共鳴伝導度ピークの分裂から、スピン軌道相互作用を定量的に成功し、さらにサイドゲートを使い波動関数の空間的な広がりを変化させることにより電気的にスピン軌道相互作用の大きさの制御を実現した。量子ドットにおけるスピン軌道相互作用の電気的制御は世界で初めての成果である。また昨年度達成した超伝導/InAs/常伝導複合構造におけるアンドレーエフ局在状態の検出をもとにして、一つの超伝導電極に2つのInAs量子ドットが並列結合した試料を作製し、現在、非局所量子もつれの検証実験の準備を進めている。また、常伝導電極を持つInAs量子ドットを含む超伝導量子干渉計の作製も完了しており、今年度観測した超伝導と近藤効果の相関を、アンドレーエフ局在状態の分光により、より直接的にとらえる実験も準備中である。