ナノ構造におけるスピンに依存した伝導の理論的研究

纳米结构中自旋相关传导的理论研究

基本信息

批准号：
04J03197
负责人：
山下太郎
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度はまず、強磁性ジョセフソン接合を利用した新奇な量子計算素子(量子ビット)の提案を行った。強磁性ジョセフソン接合では、系に形成されるアンドレーエフ束縛状態がスピン分裂するため、ジョセフソン電流の位相依存性が通常のジョセフソン接合での依存性からπだけずれる。これをπ接合と呼ぶが、我々はπ接合と通常のジョセフソン接合(0接合)を含んだ超伝導リングを考え、この系におけるポテンシャルがπ接合と0接合の競合により、位相空間において縮退した2つの最小値をもつことを示した。そしてこの2つの状態間の量子的なトンネル効果により結合・反結合状態が形成され、これらの状態が量子計算のためのビットとして用いられる。これらの状態はマイクロ波を用いて制御され、超伝導量子干渉素子(SQUID)により状態を検出できる。また多量子ビット間の磁気的な相互作用を利用して、万能量子ゲートの構築も可能である。従来の超伝導量子ビットには、定常的な外部磁場が必要であるという問題点があったが、本提案ではπ接合を用いることでビットの形成に外部磁場を必要としないという大きな利点がある。外部磁場を必要としないため、より小さな量子ビットをつくることができ、周囲の環境との結合によるデコヒーレンスの効果が抑制されることが期待される。次に我々は、0状態とπ状態を電流により制御可能な、新しいジョセフソン素子の提案を行った。従来の強磁性ジョセフソン接合では、温度または強磁性体の膜厚によってのみ0-π状態が制御されていた。しかし量子ビット等のデバイスへの応用には、電気的に0-π状態を制御できることが望ましい。そこで本提案では、強磁性体から注入されるスピン流によって常伝導体中に生じるスピン蓄積を用いることにより、超伝導/常伝導/超伝導接合における0-π状態の電気的な制御が可能であることを示した。

今年，我们首次提出了一种利用铁磁约瑟夫森结的新型量子计算设备（量子位）。在铁磁约瑟夫森结中，系统中形成的安德烈夫束缚态经历自旋分裂，因此约瑟夫森电流的相位依赖性与正常约瑟夫森结中的依赖性偏差π。这称为π结，我们考虑了包含π结和正常约瑟夫森结（0结）的超导环，并且由于π结和0结之间的竞争，该系统中的电势在相空间中退化。表明它有两个最小值。键合态和反键合态是通过这两种态之间的量子隧道效应形成的，这些态被用作量子计算的比特。这些状态是使用微波控制的，并且可以使用超导量子干涉装置（SQUID）进行检测。还可以利用多个量子位之间的磁相互作用来构造通用量子门。传统的超导量子位存在需要稳定的外部磁场的问题，但该提案使用π结，其具有不需要外部磁场来形成位的巨大优势。由于它不需要外部磁场，因此可以创建更小的量子位，并且预计由于与周围环境耦合而引起的退相干效应将被抑制。接下来，我们提出了一种新的约瑟夫森器件，其0态和π态可以由电流控制。在传统的铁磁约瑟夫森结中，0-π 态仅由温度或铁磁材料的厚度控制。然而，对于应用于诸如量子比特之类的器件，希望能够电控制0-π状态。因此，在该提议中，通过利用从铁磁材料注入的自旋电流在正常导体中产生的自旋积累，可以电控制超导/常导/超导结中的0-π状态。有。