Creation of novel quantum devices utilizing thin film topological superconductors

利用薄膜拓扑超导体创建新型量子器件

基本信息

批准号：
20J20229
负责人：
徳田将志
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、薄膜のトポロジカル超伝導体に焦点を当てています。薄膜物質であれば、微細加工によって人工的にデザインしたメゾスコピック系の素子に組み込むことが可能です。メゾスコピック系の素子を用いることで、輸送測定から超伝導秩序変数の情報が取得できます。本研究課題では、メゾスコピック系の素子においてトポロジカル超伝導体に特有の輸送現象を観測することを目指してきました。トポロジカル超伝導体にはカイラル超伝導体とヘリカル超伝導体の２種類が存在しますが、本研究ではカイラル超伝導体の有力な候補であるBi/Ni薄膜について主に研究を進めてきました。令和4年度は、前年度までで得られたBi/Ni薄膜超伝導体を微小なリング型素子に加工したデバイスにおけるLittle-Parks(LP)振動の磁場印加による位相変化について、理論家と共同で考察を進めました。これまでの理論では、カイラル超伝導体を仮定した場合でもLP振動の位相変化を再現できませんでしたが、その理論の仮定の中にBi/Ni薄膜のスピン軌道相互作用と磁気モーメントを考慮したところ、実験結果を再現することができました。このことから、Bi/Ni薄膜がカイラル超伝導体であるという予想に矛盾しない実験的根拠が得られたとともに、磁場印加によるLP振動の位相変化という前例のない現象の説明が可能になりました。このようなLP振動の位相変化は、トポロジカル超伝導体を用いたナノスケールの量子デバイスに新奇な機能を付与する可能性があります。また、同じくトポロジカル超伝導体の候補であるPtBi2にSeをドープした試料に対して上部臨界磁場の測定を行い、特徴的なヒステリシスを観測しました。このヒステリシスに対して試料への磁束の侵入を詳細に検討しながら解析を行ったところ、この試料中での磁束のダイナミクスが明らかになりました。

该研究项目的重点是薄膜拓扑超导体。薄膜材料可以通过微加工融入人工设计的介观器件中。通过使用介观元件，可以从输运测量中获得有关超导序变量的信息。在这个研究项目中，我们的目的是观察介观器件中拓扑超导体特有的输运现象。拓扑超导体有两种类型：手性超导体和螺旋超导体，但在本研究中我们主要研究Bi/Ni薄膜，它们是手性超导体的有力候选者。 2020财年，我们将与理论家合作，研究在将去年获得的Bi/Ni薄膜超导体加工成器件的磁场作用下Little-Parks（LP）振荡的相变。我继续考虑一个微小的环形元件。即使假设手性超导体，以前的理论也无法重现 LP 振荡的相变，但是当在理论假设中考虑 Bi/Ni 薄膜的自旋轨道相互作用和磁矩时，我们得到了能够重现实验结果。这提供了与Bi/Ni薄膜是手性超导体的预测相一致的实验证据，并且也使得解释由于施加磁场而产生的LP振荡中前所未有的相位变化现象成为可能。 LP振荡中的这种相变可以为使用拓扑超导体的纳米级量子器件提供新颖的功能。我们还测量了掺杂 Se（也是拓扑超导体候选材料）的 PtBi2 样品的上临界磁场，并观察到了特征磁滞。当我们在详细考虑磁通量渗透到样品中的同时分析这种磁滞时，我们澄清了该样品内磁通量的动态。

项目成果

期刊论文数量（27）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Bi/Ni薄膜の超伝導秩序変数

Bi/Ni薄膜的超导有序参数

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
徳田将志; 中尾舞; 渡邉杜; 中村瞭弥; 前田将輝; Sanghyun Lee; Yue Di; 青山和司; 水島健; Jin Xiao
通讯作者：
Jin Xiao

Observation of Little-Parks oscillations in Bi/Ni bilayer film

Bi/Ni 双层薄膜中 Little-Parks 振荡的观察

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Tokuda; M. Nakao; M. Watanabe; R. Nakamura; M. Maeda; S. Lee; D. Yue; K. Aoyama; T. Mizushima; X.;Y. Niimi
通讯作者：
Y. Niimi

Thickness-induced crossover from strong to weak collective pinning in exfoliated FeTe0.6Se0.4 thin films at 1 T

1 T 下剥离 FeTe0.6Se0.4 薄膜中厚度引起的从强集体钉扎到弱集体钉扎的交叉

DOI：
10.1103/physrevb.104.165412
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
3.7
作者：
Ryoya Nakamura; Masashi Tokuda; Mori Watanabe; Masamichi Nakajima; Kensuke Kobayashi;Yasuhiro Niimi
通讯作者：
Yasuhiro Niimi

Superconducting properties in Se-doped PtBi2 thin films

Se 掺杂 PtBi2 薄膜的超导性能