超伝導ダイオード効果の機構解明と不揮発性超伝導ダイオード素子の創出
| Project/Area Number |
21K18145
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小野 輝男 京都大学, 化学研究所, 教授 (90296749)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳瀬 陽一 京都大学, 理学研究科, 教授 (70332575)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | 超伝導 |
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| Outline of Research at the Start |
研究代表者らは、ニオブ層、バナジウム層、タンタル層から構成される非対称構造を有した人工格子において、測定電流と垂直に外部磁場を印加すると、超伝導の臨界電流の大きさが電流方向に依存することを見出した。このことは、順方向の臨界電流と逆方向の臨界電流の間の電流値では、順方向では超伝導状態でゼロ抵抗であるが、逆方向では常伝導状態で抵抗が有限となることを示し、超伝導ダイオード効果と呼ぶべき現象が観測されたことを意味する。本研究の目的は、超伝導ダイオード効果の機構を解明し、不揮発性超伝導ダイオード素子を創出することである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、研究代表者らが見出した「超伝導ダイオード効果（Nature 584, 373 (2020)）」の機構を解明し、不揮発性超伝導ダイオード素子を創出することである。研究代表者らは、超伝導臨界電流に対するダイオード効果を見出したが、研究代表者らの想定する超伝導ダイオード効果のシナリオが正しければ、超伝導が破壊される臨界磁場の大きさも電流方向に依存する超伝導臨界磁場の非相反効果が存在するはずである。前年度はこの超伝導臨界磁場の非相反効果を実証し論文報告をおこなった（Appl. Phys. Express 14, 073003）。さらに、この研究の中で超伝導臨界電流の非相反性が外部磁場の大きさに対して振動するという現象を実験的に見出し、論文報告した（Appl. Phys. Express 15 113001 (2022)）。研究代表者らの見出した超伝導ダイオード効果は、時間反転対称性を破るための外部磁場を必要とするが、超伝導人工格子に磁性体を導入し、磁性体の磁化によって時間反転対称性を破ることで、無磁場下での超伝導ダイオード効果を実現することに成功した。これにより、無磁場下で超伝導ダイオード効果を利用できるばかりでなく、磁性体の磁化の向きによる超伝導ダイオードの極性制御が可能となった。また、磁性体の磁化の向きによる超伝導ダイオードの極性制御が可能ということは、磁性体の磁化を利用した不揮発メモリ機能を超伝導ダイオードに付加できることを意味する。これらの結果を論文発表した（Nat. Nanotechnol.17, 823 (2022)）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
【研究実績の概要】に記したように、すでに令和5年度の目標であった無磁場下での超伝導ダイオード効果の実証に成功し、論文発表した。さらに、超伝導臨界電流の非相反性が外部磁場の大きさに対して振動するという新規現象を見出すなど、当初計画以上の成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者らの「超伝導ダイオード効果（Nature 584, 373 (2020)）」の発表以降、本分野の研究は急速に進んでいる。【現在までの進捗状況】に記したように、当初予定を超えた研究の進捗があるが、新たに得られた知見をもとに、さらに挑戦的な課題に取り組んで世界を牽引していきたい。
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Report
(3 results)
Research Products
(17 results)
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[Journal Article] Investigation of the upper critical field in artificially engineered Nb/V/Ta superlattices2021
Author(s)
F. Ando, R. Kawarazaki, M. Naritsuka, Y. Kasahara, Y. Miyasaka, H. Narita, D. Kan, Y. Shiota, T. Moriyama, Y. Shimakawa, Y. Matsudan, and T. Ono
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics
Volume: 60
Issue: 6
Pages: 060902-060902
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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