超伝導体－二重量子細線接合系でのクーパー対分離を用いた新奇マヨラナ粒子の実現

在超导体-双量子线结系统中利用库珀对分离实现新型马约拉纳粒子

• 批准号: 18J14172
• 负责人: 佐藤 洋介
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J14172/
• 关键词: 朝永-ラッティンジャー液体; 量子細線; スピン軌道相互作用; マヨラナフェルミオン

一般に1次元電子系においては電子の遮蔽効果が抑制され、実効的に電子間相互作用が強くなる(朝永-Luttinger液体：TLL)。一方で、Majoranaフェルミオン(MF)が、超伝導体と、強いスピン軌道相互作用(SOI)をもち隣接している2本の量子細線(DNW)との接合に発現するという理論提案がなされた。新奇MFはトポロジカル量子コンピュータなどの工学的応用や背景にある物理の探求という学術的意義につながる。新奇MFの観測には高効率なCooper対分離が必須であるが、TLLの電子間相互作用により分離したときにエネルギー利得が発生するようにすると十分な効率になる。しかし強いSOI下のTLLについては実験的にはあまり検証されていない。理論的にはほぼ影響がないとするものからTLLが壊れるとするものまで、様々である。そこで研究員らは、強いSOIを持つInAs細線を作製し極低温で電気伝導測定を行った。結果は理論に非常によく一致し、理論グループとの共同研究によりSOIが極めて強くても相関はほとんど変化しないということを明らかにした。相互作用の強さは結果からの試算ではMF発現に十分であり、ゲート電圧によって調整可能である。この結果は、SOI下のTLLの議論に寄与すると同時に、MF実現に向けた研究を大きく前進させる。加えてGe/SiGe量子井戸でも実験を進めている。SOIおよびその異方性の強さにより、結晶方向の異なる細線を比較することでSOIの強さの影響を検証できる。また磁場応答の異方性より、磁場下のTLLについても詳細な議論が可能になる。InAsでは多重細線を用いていたが、Geは高易動度であるため単一細線での実験が可能となる。Si系基板の取り扱いは技術的難度が高いが、研究者は所属研究室の技術を応用して新たな加工手順を確立してきた。実際に伝導度のTLL的振る舞いの観測に成功している。

In general, the shielding effect of electrons in the first-dimensional electron system is suppressed, and the interaction between electrons in the first-dimensional electron system is strengthened (Asunaga-Luttinger liquid: TLL). One side, Majorana (MF), Superconductor (SC), Strong Orbital Interaction (SOI), Adjacent to the other, Two Intrinsic Quantum Wires (DNW), and Joint Development Theory Proposal. Novelty MF is the application background of quantum physics and its academic significance. The new MF has a high probability of separation due to the electron-to-electron interaction. TLL under SOI The reason is that it has a negative impact on TLL. The researchers are working on electrical conductivity measurements at very low temperatures. The theory is very consistent, and the theory is very strong. The strong interaction results in a very high probability of MF occurrence and voltage adjustment. The results show that the research on TLL under SOI has been carried out at the same time as that on MF. Add Ge/SiGe quantum well to the well. Comparison of fine lines of anisotropy and crystallographic orientation of SOI and demonstration of the effects of SOI anisotropy The magnetic field response is anisotropic, and the TLL under the magnetic field is discussed in detail. InAs can be used with multiple thin threads, and Ge can be highly mobile with a single thin thread. The difficulty of obtaining Si substrate technology is very high, and the researcher has established the new processing procedure for the technology of his laboratory. In fact, the vibration of the TLL is successfully measured.

项目成果

\Strong Electron-Electron Interactions of Tomonaga{Luttinger Liquid observed in InAs Quantum Wires

在 InAs 量子线中观察到的 Tomonaga{Luttinger 液体的强电子-电子相互作用

• 发表时间: 2019
• 作者: ○Y. Sato;S. Matsuo;C.-H. Hsu;P. Stano;D. Loss;K. Ueda;Y. Takeshige;H. Kamata;J.S. Lee;B. Shojaei;J. Shabani;C. Palmstrom;Y. Tokura;S. Tarucha
• 通讯作者: S. Tarucha

Tomonaga-Luttinger liquid behaviour in 1D electron system fabricated from InAs Quantum well holding strong spin-orbit interaction

由具有强自旋轨道相互作用的 InAs 量子阱制成的一维电子系统中的 Tomonaga-Luttinger 液体行为

• 发表时间: 2018
• 作者: Y. Sato;S. Matsuo;C.-H. Hsu;P. Stano;D. Loss;K;Ueda;Y;Takeshige;H. Kamata;J.S. Lee;B. Shojaei;J. Shabani;C. Palmstrom;Y. Tokura;S. Tarucha,
• 通讯作者: S. Tarucha,

University of Basel(スイス)

巴塞尔大学（瑞士）

Dominant nonlocal superconducting proximity effect due to electron-electron interaction in a ballistic double nanowire

弹道双纳米线中电子-电子相互作用导致的主要非局域超导邻近效应

• DOI: 10.1126/sciadv.aaw2194
• 发表时间: 2018-10
• 期刊: Science Advances
• 影响因子: 13.6
• 作者: Kento Ueda;Sadashige Matsuo;Hiroshi Kamata;Shoji Baba;Yosuke Sato;Yuusuke Takeshige;Kan Li;Soren Jeppesen;Lars Samuelson;Hongqi Xu;Seigo Tarucha
• 通讯作者: Seigo Tarucha

University of California Santa Barbara/New York University(米国)

加州大学圣塔芭芭拉分校/纽约大学（美国）