空間反転対称性の破れた超伝導人工格子が示すダイオード効果の機構解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22J21677
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 河原崎 諒 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2022-04-22 – 2025-03-31
• Keywords: 超伝導ダイオード効果

Outline of Annual Research Achievements

本研究目的は、申請者らのグループが発見したNb/V/Ta人工格子が示す超伝導ダイオード効果の機構解明である。申請者は、超伝導ダイオード効果は薄膜積層方向の空間反転対称性の破れに起因する効果であると考えているが、超伝導人工格子に侵入するボルテックスの運動に起因する可能性も指摘されている。令和４年度は、Nb/V/Ta人工格子の超伝導ダイオード効果の極性が磁場を増大させることで反転することを実証した。(Ryo Kawarazaki et al., Magnetic-field-induced polarity oscillation of superconducting diode effect, Appl. Phys. Express 15, 113001)この結果は、超伝導状態の性質もしくは超伝導ダイオード効果の機構のいずれかが低磁場側と高磁場側で変化していることを意味する。超伝導状態の変化として、ヘリカル超伝導状態間の クロスオーバーが提唱されており、それに基づいた理論計算と定性的に整合していることが判明した。その一方で、低磁場と高磁場では超伝導ダイオードの機構が異なり、特に高磁場側では超伝導人工格子に侵入するボルテックスに起因している可能性を示唆する結果も得られた。本研究成果から超伝導ダイオード効果の機構解明には低磁場側と高磁場側でそれぞれ個別に検討する必要性があることが判明した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

Nb/V/Ta人工格子の超伝導ダイオード効果の機構を解明するためには、積層順序を反転させたTa/V/Nb人工格子を作成して比較検討するのが望ましい。昨年度はTa/V/Nb人工格子の成膜条件を調べるのに時間を要した。当初の予定では昨年度に成膜する見込みであったため、進捗はやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

Ta/V/Nb人工格子の作製条件が判明したので、Ta/V/Nb人工格子の超伝導ダイオード効果を本年度は詳しく調べる予定である。その結果をNb/V/Ta人工格子の結果と比較することで、超伝導ダイオード効果の機構解明を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Magnetic-field-induced polarity oscillation of superconducting diode effect (2022)
  • Author(s): Kawarazaki Ryo、Narita Hideki、Miyasaka Yuta、Ikeda Yuhei、Hisatomi Ryusuke、Daido Akito、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Yanase Youichi、Ognev Alexey V.、Samardak Alexander S.、Ono Teruo
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 15 Pages: 113001～113001
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac99b9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic-field-induced Polarity Oscillation of the Superconducting Diode Effect (2022)
  • Author(s): Ryo Kawarazaki, Hideki Narita, Yuta Miyasaka, Yuhei Ikeda, Ryusuke Hisatomi, Akito Daido, Yoichi Shiota, Takahiro Moriyama, Youichi Yanase, Alexey V. Ognev, Alexander S. Samardak, and Teruo Ono
  • Organizer: 24th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic-field-induced Polarity Oscillation of the Superconducting Diode Effect (2022)
  • Author(s): Ryo Kawarazaki, Hideki Narita, Yuta Miyasaka, Yuhei Ikeda, Ryusuke Hisatomi, Akito Daido, Yoichi Shiota, Takahiro Moriyama, Youichi Yanase, Alexey V. Ognev, Alexander S. Samardak, and Teruo Ono
  • Organizer: 第２９回低温物理学国際学会
  • Int'l Joint Research