2020 Fiscal Year Research-status Report
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20K03816
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
枡富 龍一 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00397027)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非相反伝導 / 低次元系超伝導 / 渦糸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
空間反転対称性と時間反転対称性が破れた系では電流－電圧特性が電流の向きに依存する非相反伝導が期待される。通常、この効果は比較的小さな補正項であるが、超伝導物質を用いた場合、非常に大きな非相反伝導が観測されることが知られている。
今年度は我々が近年研究を行ってきたGaAs劈開表面上に作成された超伝導薄膜において非相反伝導が観測されるか検証を行った。鉛とアルミの超薄膜(0.3 - 2 nm程度)に対して磁場中の電気伝導測定を行うと、第二高調波から得られる電気抵抗が垂直磁場の正負に対して反対称になることがわかった。さらに、この電気抵抗は超薄膜の超伝導転移温度以下で観測されることがわかった。このことから、GaAs劈開表面上に作成された超薄膜においても超伝導により増強された非相反伝導が生じている可能性が高いと考えられる。
さらにこの非相反伝導が生じている要因を調べるため、原子間力顕微鏡、電子線顕微鏡、レーザー顕微鏡によるGaAs劈開表面の観測を行った。電子線顕微鏡による劈開面中央部分の観測では特徴的な構造は観測されず、また、原子間力顕微鏡を用いた測定においても同様の結果であった。このことから中央部分は非常に平坦な表面が実現していると考えられる。また、上部試料端の観測においても異常は観測されなかった。一方、下部試料端の観測結果においては特徴的な構造が観測された。これは試料劈開時、劈開方向によって試料端の一方に欠けが生じているためだと考えられる。さらに、このことが電子輸送特性に影響していることを検証するために、劈開方向を逆にした試料において電気伝導測定を行った。その結果、逆の磁場依存性が観測された。以上の事から、試料端より渦糸が侵入する際、試料端の形状により異なるポテンシャルエネルギーを感じるため、侵入方向に依存したボルテックスラチェット効果により非相反伝導が生じていると考えてられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
GaAs劈開表面上に作成された超伝導超薄膜において、電流の向きに依存した非相反伝導の観測に成功した。さらに、その要因を調べるために、電子線顕微鏡を用いた劈開表面の観察から非相反伝導が生じている要因を明らかにすることができた。今度、詳細な測定や理論計算を用いた定量的な議論は必要であるが、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までの研究により、GaAs劈開表面上に作成された超伝導超薄膜において、垂直磁場印加時に非相反伝導が生じることが明らかになった。これは渦糸（量子化された磁束）が運動する際、電流の向きに応じて異なるポテンシャルエネルギーを感じるボルテックスラチェット効果で理解できることがわかった。次年度はさらに、面内磁場下においても非相反伝導が生じるか否かの検証を行う。本来、基板状に作成された超伝導薄膜は真空と基板に挟まれているため、空間反転対称性が破れている。このことによりラッシュバスピン軌道相互用が働き、面内磁場下において非相反伝導が生じる可能性がある。さらに、イオン液体を用いて面直方向に強い電場勾配を作る手法も駆使し、面内磁場下における空間反転対称性のない電子輸送特性の研究を行う。
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| Causes of Carryover |
研究計画を実行する途中で予期しない現象を観測した。この現象を解明するため、当初の実験計画を少し変更したことから繰越額が発生した。次年度、この繰越額と翌年度分の助成金を使用し、当初の研究計画を遂行する予定である。
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