Nonreciprocal charge transport in noncentrosymmetric crystals

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01819
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ideue Toshiya 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90757014)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 非相反電荷輸送現象 / 非線形伝導 / 二次元物質 / 超伝導 / 非線形ホール効果 / 整流性

Outline of Final Research Achievements

We studied the nonreciprocal charge transport (intrinsic rectification effect reflecting the symmetry breaking) in various noncentrosymmetric crystals and clarified their microscopic origins. Especially, we successfully observed the crossover of the nonreciprocal superconducting magneto-transport with different mechanisms and found that nonreciprocal charge transport can be a powerful probe of paring symmetry, superconducting fluctuation effect, and vortex dynamics. We also discovered the intrinsic rectification effect under time reversal symmetry in a trigonal superconductor, which offers a new principle of bulk rectification effect and superconducting diode effect. The present results pave the way for investigating new properties and functionalities in noncentrosymmetric crystals

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で発見した様々な種類の非相反伝導は、散乱現象や波動関数の幾何学的性質、超伝導の対称性やボルテックスの運動等と密接に関係しており、固体中の特徴的電子状態や電荷ダイナミクスを理解する上で非相反伝導現象が強力な手法になり得ることが強く示唆された。また、非相反伝導は物質固有の整流性であり、従来の接合構造を必要としないため、固体中の様々な相に適応可能であるという特徴を持っている。特に、電流の正負によってゼロ抵抗と有限抵抗が切り替わるような超伝導ダイオード効果への展開が開けた点は有意義であり、今後、さらなる新奇整流現象の発見や散逸が極めて小さなデバイス構築への知見を得られることが期待される。