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。

除了主要研究超导体/铁磁半导体异质界外，我们还研究了有关超导体/拓扑/拓扑迪拉克半学半杂音杂音的新研究。以上两个主题旨在使用不同的材料系统在拓扑超导状态中开发平台。以超导体/铁磁半导体异质结的主题，优化了GAAS基板上Al/Infeas结构的界面，并使用新的INP底物进行了耐水性和适合罚款加工的Al/Infeas结构的生长。在GAAS基板上，引入了INGAAS插入层以抑制Al和Infeas之间的反应，并使用透射电子显微镜图像评估界面的质量以确定理想条件。发现在INALAS底物上更改Inalas缓冲液中IN和Al的组成比改变了Infeas层的库丽温度和Al层的结晶度。对于新开发的超导体/拓扑狄拉克半学杂结，我们试图通过使用焦点射击型离子束设备结合α-SN（一种拓扑迪拉克半学分）与超导体的拓扑dirac半学分来制造超导体/拓扑材料结构。将来，我们将研究α-SN的薄膜厚度如何通过改变膜厚度来改变正常的绝缘体，拓扑绝缘子和拓扑狄拉克半学，并研究如何对设备特性产生效果。另外，对设备的性质进行了更详细的评估，例如晶体方向的依赖性。

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