【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1135
利用課題名 / Title
トポロジカル超伝導/半導体ハイブリッド構造の創製
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions
キーワード / Keywords
マヨラナ、フェルミオン、トポロジカル、超伝導体、ジョセフソン接合,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,集束イオンビーム/ Focused ion beam,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,量子効果デバイス/ Quantum effect device,トポロジカル量子物質/ Topological quantum matter,原子薄膜/ Atomic thin film,量子コンピューター/ Quantum computer,スピン制御/ Spin control,スピントロニクス/ Spintronics,量子効果/ Quantum effect,超伝導/ Superconductivity
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
Le Duc Anh
所属名 / Affiliation
東京大学工学系研究科電気系工学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
三浦真元,石田正雪,Yun Jaejong
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-505：レーザー直接描画装置 DWL66+2018
UT-607：集積回路パターン微細加工（FIB）装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
トポロジカル超伝導は、外部環境からの外乱に対して頑強なマヨラナフェルミオンが存在する可能性があることから、エラー耐性のあるトポロジカル量子コンピュータの実現に向けた重要な研究対象として注目されている。理論的には、超伝導体とスピン軌道相互作用の強い半導体とのヘテロ接合系において、超伝導近接効果を介してトポロジカル超伝導状態が誘起されることが示されており、その実証実験が求められている。近年ではSn/InSbナノ細線が注目される材料候補の1つであるが、ヘテロ薄膜構造の結晶成長を含め色々な基本物性を明らかにする必要がある。本研究では超伝導Sn/半導体InSbの薄膜ヘテロ構造の結晶成長及び特性評価、そしてジョセフソン接合構造の作製を目指す。
実験 / Experimental
本研究では、GaAs基板上にSn/InSbヘテロ薄膜構造を分子線エピタキシー（MBE）法により成長し、その特性の評価を行った。Snへの集束イオンビーム（FIB）の照射し超伝導体になるβ-Snを形成した(参考文献1)。レーザー直接描画装置 DWL66+2018により電極パターンを形成した。作製した試料について、X線回折（XRD）測定や電気伝導測定を用いて構造および超伝導特性の調査を行った。また、外部磁場の方向を変えながら臨界磁場の異方性についても測定した。
結果と考察 / Results and Discussion
XRD測定結果から、α-Snとβ-Snの両方のピークが観測された。Snの電気伝導測定では、5.6 Kにおいて超伝導転移が観測され、これは通常のβ-Snの臨界温度（3.7 K）を上回る値であった。さらに、Sn膜面内に外部磁場を様々な方向に印加して臨界磁場を測定したところ、磁場が電流方向に垂直なときにより超伝導が安定するという、2回対称の異方的な超伝導臨界磁場が観測された。これらの特性は、通常の超伝導体であるβ-Snのみでは説明できず、トポロジカルディラック半金属であるα-Snも超伝導近接効果により超伝導状態に転移している可能性を示唆している。超伝導性を示すα-Snは、トポロジカル超伝導状態の実現に向けた有望な材料であると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は、科学研究費補助金、JSTのCRESTプログラム、ならびに日本スピントロニクス研究ネットワーク（Spin-RNJ）の支援を一部受けて実施されました。
【参考文献1】
Kohdai Inagaki, Allotropic transition of Dirac semimetal α-Sn to superconductor β-Sn induced by focused-ion-beam irradiation, Applied Physics Letters, 124, (2024). DOI: http://dx.doi.org/10.1063/5.0177343
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件