非局所量子もつれ状態の生成に向けたグラフェンにおけるクーパー対スプリッターの実現

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これまでにクーパー対分離への適用が可能なバレーホール効果の存在を二層グラフェンにおいて明らかにしてきた。課題として同効果の微視的な描像の解釈の問題が存在していた。ABA積層三層グラフェンはバレーホール効果を示すと予想される複数のバンドを有しており、加えて電場によるバンド混成の制御が可能である。フェルミ面の存在やバンド混成のバレーホール効果への影響の調査を通じて同効果の詳細を明らかにするために、当該年度はABA積層三層グラフェンの輸送特性について研究を行った。試料の歩留まり及び更なる品質の向上のためにはエッジコンタクト手法が有用である。前年度から引き続いてHarvard大のグループに滞在し同手法を学んだ。三層グラフェンにおいてバレーホール効果を評価するためには面直電場に対するバンド構造の複雑な変化を把握することが重要となる。そこで量子ホール効果を用いた調査を行った。電場によるバンド混成に対応して一部のランダウ準位が移動する様子が初めて明らかになり、これを用いて電場に対するバンド構造の変化を詳細に明らかにした。さらに高磁場中ではバレーに依存した軌道の混成を発見し、これを用いたバレー分裂、結合の電気的制御に初めて成功した。バレーホール効果の観測のために、前年度までと同様の非局所抵抗測定を行ったが、期待される信号が小さく、測定系の更なる改良が必要であることが判明した。また面直電場印加時に試料構造に由来する自明な試料端輸送が現れることが非局所抵抗測定から明らかになった。またI. V. Borzenets博士研究員との共同研究で、CVDグラフェンにおいてエッチングにより形成した二重量子ドットと超伝導体の接合を用いることでクーパー対の分離に成功した。近接効果によって誘起された超伝導秩序を利用することで、同時期に別グループより報告された類似の結果と比較して6倍の分離効率の改善に成功した。