Elucidation of the mechanism of the superconducting diode effect and creation of non-volatile superconducting diode devices

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18145
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Ono Teruo 京都大学, 化学研究所, 教授 (90296749)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柳瀬 陽一 京都大学, 理学研究科, 教授 (70332575)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 超伝導 / 磁性 / スピントロニクス

Outline of Final Research Achievements

The mechanism of the “superconducting diode effect” (Nature 584, 373 (2020)), which was discovered by the Principal Investigators, has been elucidated, and a nonvolatile superconducting diode device has been successfully created. The superconducting diode effect discovered by the Principal Investigators required an external magnetic field to break the time-reversal symmetry. However, by introducing a magnetic layer into the superconducting artificial lattice and breaking the time-reversal symmetry by magnetization, we succeeded in realizing the superconducting diode effect under no magnetic field.

Free Research Field

磁性物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

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であったが、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。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し、不揮発性超伝導論理回路が可能となる。