日本電信電話株式會社,科學技術振興機構(JST)

令和3年5月14日

日本電信電話株式會社
科學技術振興機構(JST)

世界初、分數電荷準粒子のアンドレーエフ反射の観測に成功

~超伝導特有の現象と考えられていた常識を覆す成果~

日本電信電話株式會社(NTT)と科學技術振興機構(JST)は、フランス國立科學研究センター エクス=マルセイユ大學と共同で、半導體を用いて電子1個よりも小さな電荷(分數電荷準粒子)のアンドレーエフ反射を観測することに成功しました。これは2次元電子系が低溫?強磁場中で示す分數量子ホール狀態において、分數電荷準粒子が界面に入射する際、電子が透過し、分數電荷を持つ正孔が反射される現象です。これまでアンドレーエフ反射は超伝導體に特有の現象と考えられてきました。超伝導體では2つの電子がペア(クーパーペア)を作って電流を運ぶため、電子が超伝導體に入射する際、電子のペアが透過し、電荷を保存するように正孔が反射されます。超伝導體以外の物質におけるアンドレーエフ反射の可能性は1990年代に理論的に指摘されていましたが、理想的な界面を作ることが難しく、実験では観測されていませんでした。今回の実験により、半導體において、かつ分數電荷でもアンドレーエフ反射が起こることが明らかになり、現象の普遍性が示されました。分數電荷準粒子はトポロジカル量子計算への応用も期待されています。本成果は、分數量子ホール狀態と通常伝導體の界面における電荷移動メカニズムを明らかにするもので、準粒子を操作する量子情報デバイスの実現に向けて重要な知見を與えるものです。

本研究成果は、2021年5月14日英國科學誌「Nature Communications」にオンラインで掲載されます。

本研究は、科學研究費補助金(JP16H06009、JP15H05854、JP26247051、JP19H05603)、および科學技術振興機構(JST)さきがけ(JPMJPR1766)の支援を受けて行われました。

<プレスリリース資料>

<論文タイトル>

“Andreev reflection of fractional quantum Hall quasiparticles”
DOI:10.1038/s41467-021-23160-6

<お問い合わせ先>

(英文)“Andreev reflection of fractionally charged quasiparticles”

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