ナノスケール材料：先進ナノワイヤー量子デバイスのエピタキシー

半導体ナノワイヤーは、さまざまな低次元量子デバイスを実現するのに適している。特に、強いスピン–軌道結合を伴う半導体ナノワイヤーが超伝導体と接触すると、非アーベル型準粒子（エニオンなど）を有するトポロジカル物質相が現れる。トポロジカル量子コンピューティングの重要な要素である非アーベル型エニオンの可能性を十分に利用するには、非アーベル型エニオンをよく制御されたブレイディング操作によって交換する必要がある。ブレイディング操作に不可欠なハードウエアは、超伝導アイランドと結合した結晶性ナノワイヤーのネットワークである。 本論文では、あらかじめ設定した数の超伝導アイランドを持つナノワイヤーネットワークに特に重点を置いた、複合量子デバイスをボトムアップ合成する一般的な手法を実証する。構造解析によって、ナノワイヤー接合部の結晶の質が高いことと、超伝導体と半導体の間のエピタキシャル界面が確認された。「ハッシュタグ」の形に配されたナノワイヤーの量子輸送測定では、アハラノフ–ボーム効果と弱反局在効果が認められ、強いスピン–軌道結合を伴う位相コヒーレント系であることが示された。さらに、このハイブリッド超伝導体–半導体ナノワイヤーにおいて、（サブギャップコンダクタンスの消滅とともに）近接誘起超伝導ハードギャップが実証され、初めてのブレイディング実験に必要な材料開発に成功したことが示された。今回の方法は、さまざまな量子デバイスの主要構成要素となる可能性があるエピタキシャル三次元量子アーキテクチャーを実現する新たな道を開くものである。

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