トポロジカル量子演算に向けた強磁性半導体/超伝導体からなるジョセフソン接合の研究

铁磁半导体/超导体约瑟夫森结拓扑量子计算研究

• 批准号: 22KJ0928
• 负责人: 石原 奎太
• 金额: $ 1.09万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0928/
• 关键词: トポロジカル超伝導; ディラック半金属; 強磁性半導体

主に超伝導体/強磁性半導体ヘテロ接合に関する研究に加えて、新しく超伝導体/トポロジカルディラック半金属ヘテロ接合に関する研究にも取り組んだ。上記２テーマは異なる材料系を用いてトポロジカル超伝導状態のプラットフォームの開拓を目指したものである。超伝導体/強磁性半導体ヘテロ接合のテーマにおいてはGaAs基板上におけるAl/InFeAs構造の界面の最適化と新しくInP基板を用いて水分に強く微細加工に適したAl/InFeAs構造の成長を行った。GaAs基板上においては、AlとInFeAsの反応を抑えるためにInGaAs挿入層を導入し、透過電子顕微鏡像を用いて界面の品質を評価することで理想的な条件が分かりつつある。InP基板上においてはInAlAsバッファのInとAlの組成比を変化させることで、InFeAs層のキュリー温度及びＡｌ層の結晶性が変化することが分かった。新しく取り組んだ超伝導体/トポロジカルディラック半金属ヘテロ接合については集束イオンビーム装置を用いることでトポロジカルディラック半金属であるα-Snと超伝導体を組み合わせることで、超伝導体/トポロジカル材料構造の作製を試みている。今後、α-Snの膜厚を変えることで通常の絶縁体、トポロジカル絶縁体、トポロジカルディラック半金属と変化させ、デバイスの特性にどのような影響が出るか調べていく予定である。またデバイスの結晶方位依存性などより詳細な特性の評価も行っていく。

除了主要研究超导/铁磁半导体异质结外，我还开始了超导/拓扑狄拉克半金属异质结的研究。上述两个主题旨在开发使用不同材料系统的拓扑超导平台。针对超导/铁磁半导体异质结的主题，我们优化了GaAs衬底上Al/InFeAs结构的界面，并使用新型InP衬底生长了耐湿且适合微加工的Al/InFeAs结构。在 GaAs 基板上，通过引入 InGaAs 插入层来抑制 Al 和 InFeAs 之间的反应，并使用透射电子显微镜图像评估界面质量，找到了理想的条件。发现在InP衬底上，通过改变InAlAs缓冲剂中In和Al的组成比，可以改变InFeAs层的居里温度和Al层的结晶度。关于新开发的超导体/拓扑狄拉克半金属异质结，我们正在尝试将拓扑狄拉克半金属α-Sn与使用聚焦离子束装置的超导体相结合来创建超导体/拓扑材料结构。未来，我们计划改变α-Sn薄膜的厚度，使其成为普通绝缘体、拓扑绝缘体或拓扑狄拉克半金属，并研究其对器件特性的影响。我们还将评估更详细的特性，例如器件的晶体取向依赖性。

项目成果

Nanofabrication of Sn-based superconductor - topological Dirac semimetal heterostructures

锡基超导体的纳米加工——拓扑狄拉克半金属异质结

• 发表时间: 2023
• 作者: 石原奎太;レ デゥック アイン;堀田智貴;田中雅明
• 通讯作者: 田中雅明