ナノテクノロジーの発展によって、非常に微細（数マイクロメートル～数十ナノメートル）な半導体や超伝導体の人工構造を作り出すことが可能になりました。私たちはこのようなナノスケールの電子デバイスで電子の電荷・スピン・位相を精密に制御し、人工ナノ構造内での電子の量子物性に関する基礎学理を確立する研究や量子情報技術などへの応用可能性を秘めた新しい量子現象を生み出して制御する研究を行っています。
実験ではナノスケールの人工構造を持つ電子デバイスを超高真空蒸着や電子線リソグラフィーを利用することで作製します。作製したデバイスを希釈冷凍機などで極低温に冷却し、精密な電子輸送測定技術を駆使することで新しい現象の探索や電子輸送現象の精密制御による基礎学理を開拓しています。
二つの超伝導体を半導体や絶縁体が橋渡しするナノ構造はジョセフソン接合と呼ばれます。ジョセフソン接合は量子コンピュータの根幹となる電子素子であり、応用上も極めて重要です。複数のジョセフソン接合が超伝導体を共有してコヒーレントに結合するとアンドレーエフ分子と呼ばれる特殊な電子状態が形成され、様々な新奇超伝導現象が創発します。我々はこのアンドレーエフ分子の基礎学理の開拓やいくつものジョセフソン接合の結合を制御することによる新しい物理現象の創発、マヨラナ粒子など次世代量子計算へとつながる技術開拓を目指した研究を行っています。
非平衡での統計熱力学の基礎物理はいまだ解明されない部分が多く残されており、その学理構築が望まれています。ナノスケールの電子デバイスでは、バイアス電圧の印加や高周波電波の照射、フォノンの照射によって精密に制御された非平衡環境を実現し観測することができます。私たちは量子ドットやジョセフソン接合などのナノ電子デバイス内で起きる量子現象に着目し、平衡および非平衡環境での電荷やスピンの統計物理や非平衡環境ではじめて創発する新奇量子現象に関する研究を行っています。
グラフェンやトポロジカル絶縁体に存在する電子はディラック電子としての物性を示すことが知られています。ディラック電子は運動量の方向に対して（擬）スピンが偏極するという非常に興味深い特性を持ちます。このため、ディラック電子に起因した新奇量子現象の観測や新機能デバイスの開発が望まれています。私たちは特に超伝導体とディラック電子系との接合構造に着目し、ディラック電子で期待される量子輸送現象の観測とその物理の理解を目指した研究を進めています。