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

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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。