量子ドット/超伝導接合におけるアンドレーエフ束縛状態の観測と電子相関現象の研究

安德烈夫束缚态的观察和量子点/超导结中电子关联现象的研究

基本信息

批准号：
10J09090
负责人：
金井康
金额：
$ 1.34万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J09090/
关键词：
InSbナノ細線ジョセフソン接合スピン軌道相互作用自己形成InAsドット InSbナノワイヤー超伝導マヨラナ粒子自己形成量子ドット量子ドットジョセブソン接合近藤効果 g因子超伝導量子干渉計電子輸送現象スピン一重項-三重項縮退

项目摘要

当初の研究計画の内容である自己形成InAs超伝導接合の研究は前年度までにその大部分が達成していたこともあり、本年度はInSbナノ細線の電気伝導に取り組んだ。InSbは従来のGaAsやInAsに比べてスピン軌道相互作用とランデのg因子が十倍程度とIII-V属半導体の中で最も大きく、とても興味深い材料である。特に近年、InSbナノ細線の作製が可能となり、InSbナノ細線超伝導接合においてマヨラナ粒子の検出が報告されており、世界的に注目されている。我々のグループでは昨年度からInSbナノ細線の研究に取り組んでいるが、私はInSbナノ細線の持つ大きなg因子とスピン軌道相互作用に注目し、主に電子スピンの高速制御とクーパ対分離、超伝導電流に対するスピン軌道相互作用の影響という三つの研究に取り組んだ。まず電子スピンの高速制御関しては、微小磁石がつくる磁場の計算を行い、電子スピン状態の高速制御が十分実現可能な微小磁石の設計を考案した。また、試料を作製、測定を行った結果、下部電極によってInSb内のポテンシャルを制御することにより、二重量子ドット特有の電気伝導特性を示し、試料が二重量子ドットとして動作することを確認した。クーパ対分離に関しては、クーパ対を分離させるためのInSbナノ細線に超伝導体と二つの常伝導体が接合されたInSb量子ドットY接合を作製した。さらに実際に測定を行い、その結果からそれぞれの接合において量子ドット特有の現象であるクーロン振動やクーロンダイアモンドが観測され、試料が量子ドットY接合として動作させることに成功した。超伝導電流に対するスピン軌道相互作用の影響に関しては、InSbナノ細線ジョセフソン接合を作製し、測定を行った。その結果超伝導電流を表すゼロバイアスピークを観測し、その磁場角度依存性を測定したところ、スピン軌道相互作用の影響と思われる磁場角度依存性を観測した。

由于原研究计划中的自形成InAs超导结的大部分研究已在去年完成，因此今年我们的重点是InSb纳米线的导电。 InSb是一种非常有趣的材料，因为它的自旋轨道相互作用和Lande g因子大约是传统GaAs和InAs的十倍，使其成为III-V族半导体中最大的。特别是近年来，InSb纳米线的制造成为可能，并且在InSb纳米线超导结中检测到马约拉纳粒子的报道，引起了全世界的关注。我们课题组从去年开始就一直致力于InSb纳米线的研究，我主要关注InSb纳米线的大g因子和自旋轨道相互作用，主要关注电子自旋的高速控制、库珀对分离和超导等方面。我们对自旋轨道相互作用对电流的影响进行了三项研究。首先，关于电子自旋的高速控制，我们计算了微磁体产生的磁场，并设计了能够充分实现电子自旋状态的高速控制的微磁体设计。此外，通过制备和测量样品，我们确认通过使用下部电极控制InSb内部的电势，其表现出双量子点特有的导电特性，并且样品表现为双量子点。关于库珀对分离，我们制造了一个InSb量子点Y结，其中一个超导体和两个普通导体被键合到InSb纳米线上以分离库珀对。此外，进行了实际测量，结果表明，在每个结中都观察到了量子点特有的库仑振荡和库仑钻石现象，并且该样品成功地作为量子点Y结进行了操作。针对自旋轨道相互作用对超导电流的影响，我们制作了InSb纳米线约瑟夫森结并进行了测量。结果，我们观察到了代表超导电流的零偏置峰值，并测量了它对磁场角度的依赖性。我们观察到了磁场角度依赖性，这被认为是自旋轨道相互作用的效应。