エレクトロニック 将来の量子コンピューターでの使用が期待される分子に似た状態が、理化学研究所の物理学者によって超伝導回路内に作成されました。
電子回路における超電導体（電子の流れに対して電気抵抗を持たない材料）の最も明白な利点は、従来の回路のエネルギー効率を制限する無駄な加熱を発生しないことです。
しかし、彼らには別の大きな利点もあります。超伝導は、電子間の量子力学的相互作用によって発生します。これらのエキゾチックな効果をデバイスで利用して、従来のデバイスでは利用できない幅広い機能をデバイスに提供することができます。
今回、理化学研究所創発物性科学研究センターの松尾禎重氏らは、まさにそのような効果を調査した。アンドレーエフ分子として知られるこの分子は、将来の量子コンピューターの量子情報技術に使用される可能性があります。論文は雑誌に掲載されます ネイチャー·コミュニケーションズ.
超電導回路の基本的な構成要素はジョセフソン接合です。これは、2 つの超電導体の間に通常の材料を挟んで作られたデバイスで、超電流の流れを制御できます。
通常の材料と超伝導体が接触すると、通常の材料中の電子が正孔として反射され、超伝導体内に電子対が発生します。この反射により、ジョセフソン接合の通常の材料に束縛状態、いわゆるアンドレーエフ束縛状態が形成されます。
2 つのジョセフソン接合が十分に近い場合、それらは互いに結合してアンドレーエフ分子を形成できます。松尾氏らは、1つの短い超伝導電極を共有する2つのジョセフソン接合に注目した。この構造では、異なる接合部のアンドレーエフ束縛状態が共有電極を介して互いにリンクすると予想されます。
「これらのアンドレーエフ分子が存在すると、1 つのジョセフソン接合が別のジョセフソン接合を制御することができます」と松尾氏は説明します。 「そして、ジョセフソンダイオード効果など、エキゾチックで有用な超電導輸送現象が現れます。ジョセフソンダイオード効果は、超電導回路の低消費電力整流器につながる可能性があります。」
松尾と彼の同僚は、インジウム砒素の薄い層を使って 2 つのジョセフソン接合を作成しました。次に、非常に低温で超電導となるアルミニウム製の共有超電導電極を介してそれらを結合しました。
研究チームは、さまざまな印加電圧と磁場の強さで接合部へのトンネル電流を測定することによって、この構造の電子特性を研究しました。これはトンネル分光法と呼ばれる技術です。これにより、アンドレーエフ分子に対応するジョセフソン接合のエネルギー準位を観察することができました。
「研究者らは、さまざまなデバイス構造におけるアンドレーエフ分子の分光学的特性評価を以前に報告していました」と松尾氏は言う。 「しかし、私たちは結合ジョセフソン接合でそれらを観察し、その制御性を初めて実証することに成功しました。
「私たちの研究は、アンドレーエフ分子に関する基本的な情報を提供します。そしてそれは将来、結合ジョセフソン接合におけるエキゾチックな超伝導輸送現象を工学的に解明する道を開くでしょう。」