ＩＩＩ－Ｖ族半導体／超伝導接合における非局所もつれとマヨラナフェルミオンの研究

III-V族半导体/超导结中非局域纠缠和马约拉纳费米子的研究

• 批准号: 12F02325
• 负责人: 樽茶 清悟
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02325/
• 关键词: マヨラナフェルミオン; ジョセフソン接合; 非局所量子もつれ; 量子ドット; 量子細線; 量子情報処理技術

本研究では、半導体ナノ構造と超伝導体の接合の作製と、特にギャップが大きいNbを用いることを特徴としており、高品質Nbナノ構造の作製が重要であるため、これを重点的に行ってきた。ナノワイヤー/超伝導電電極接合系におけるマヨラナフェルミオンの探索まず製膜条件と微小構造サイズによるNbの臨界温度の最適化を行い、バルク膜と同等な臨界温度8.5Kを得た。また並行してよりTcの高いNbN膜で電極を作製することにも成功した。また超伝導体蒸着直前の半導体表面の清浄化にも注意を払い、真空中Arイオン銃クリーニングと(NH4) 2Sxによる表面不動態化により超伝導電流を観測することが出来た。このようにしてInSbナノ細線ジョセフソン接合の作製条件を確立し、超伝導電流を観測することに成功したことにより、マヨラナフェルミオンの検証実験を開始できる段階に来た。これまでシャピロステップの観測を試みてきたが、マヨラナフェルミオンの特徴的とされる、接合を構成する2つの超伝導体の位相差に対する4π周期性に起因する信号は観測できていない。NbNを使ったInAsナノ細線ジョセフソン接合の作製も試みた。InAs自己形成量子ドットを使った非局所もつれの研究自己形成ドットを用いた非局所もつれ生成のプロジェクトでは、上記マヨラナフェルミオンのプロジェクトで開発した技術を応用し、Nb-InAs QD-Nb素子を作製した。当初はNb-InAs QDジョセフソン接合では明瞭な超伝導電流を観測することが困難であったが、その後、成膜構造の問題点を明らかにして、超伝導電流を観測することに成功した。さらにNb系並列2重量子ドットジョセフソン接合を実現した。さらにクーパー対トンネルを示唆する超伝導電流成分も検出できているが追試が必要である。Nb-InAs QD-Nb素子の実験と並行して、我々は最初に提案したようにSQUID型素子の作製も行い、ループ中のサイドゲートへの架橋電極の作製法を確立した。またInAsドットの提供を受けている東京大学生産研 平川研と協同してInAsドットの位置制御成長も進めてきたが、まだ動作する素子の実現には至っていない。

In this study, the fabrication of semiconductor structures and superconductors is of great importance to the characteristics and application of high-quality Nb structures. In order to optimize the critical temperature of Nb in micro-structure, the critical temperature of Nb in film was optimized at 8.5K. The high Tc NbN film electrode was successfully fabricated. The semiconductor surface is cleaned before the superconducting evaporation, and the surface is not dynamic after the Ar gas is evaporated in vacuum. The superconducting current is measured. The working conditions of the thin wire joint are established, and the conduction current is measured. The phase difference of the superconductors is related to the 4π periodic cause of the signal detection. NbN is used to make thin wire joints and to make test joints. InAs self-formed quantum dots, Nb-InAs QD-Nb elements, and Nb-InAs QD-Nb elements are used in the development of quantum dots, Nb-InAs QD-Nb elements, and Nb-InAs QD-Nb elements. The Nb-InAs junction is difficult to detect and the film formation structure is difficult to detect and the superconducting current is successfully detected. The Nb system is parallel to the weight of the sub-assembly. This is the first time that a test has been performed on a conductive current component. Nb-InAs QD-Nb elements are implemented in parallel, and we have initially proposed a method for manufacturing SQUID-type elements, such as bridge electrodes, in parallel. The position control and growth of InAs and the realization of InAs and their functions are coordinated by Hirakawa Research Institute of the University of Tokyo.

项目成果

Supercurrent in Nb/InSb Nanowire Josephson Junctions

Nb/InSb 纳米线约瑟夫森结中的超电流

• 发表时间: 2014
• 作者: A. Oiwa;R. S. Deacon;J. Sailer;M. T. Deng;H. Q. Xu;and S. Tarucha
• 通讯作者: and S. Tarucha

Supercurrents in niobium-InSb nanowire Josephson junctions

铌-InSb纳米线约瑟夫森结中的超电流

• 发表时间: 2013
• 作者: R. S. Deacon;J. Sailer;A. Oiwa;T. Fuse;M. T. Deng;H. Q. Xu;S. Tarucha and K. Ishibashi
• 通讯作者: S. Tarucha and K. Ishibashi

Topological superconductivity and Majorana Fermions in nanowires

纳米线中的拓扑超导性和马约拉纳费米子

• 发表时间: 2012
• 作者: S. Baba;J. Sailer;R. S. Deacon;A. Oiwa;K. Shibata;K. Hirakawa and S. Tarucha;Dong Yang;A. K. Pan and P. K. Panigrahi;Juergen Sailer
• 通讯作者: Juergen Sailer

Supercurrent thro ugh Josephson junction of InAs self - assembled quantum dots coupled to Nb superconductors

InAs自组装量子点约瑟夫森结耦合铌超导体的超电流

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Baba ;J. Sailer;R.S. Deacon;A. Oiwa ;K. Shibata;K. Hirakawa and S. Tarucha
• 通讯作者: K. Hirakawa and S. Tarucha

Josephson junction of InAs self-assembled quantum dots coupled to Nb superconductors

InAs自组装量子点与铌超导体耦合的约瑟夫森结

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Baba;J.Sailer;R.S.Deacon;A.Oiwa;K.Shibata;K.Hirakawa and S.Tarucha
• 通讯作者: K.Hirakawa and S.Tarucha