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ノンコリニア磁性による超伝導の制御

研究課題

研究課題/領域番号 21K13883
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関京都大学

研究代表者

成田 秀樹  京都大学, 化学研究所, 特定助教 (80846709)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード超伝導 / ノンコリニア磁性 / 強相関電子系 / スピントロニクス
研究開始時の研究の概要

磁性による超伝導の制御は、低消費電力で動作する超伝導量子コンピュータの応用に向けての重要な技術であるが、そのためには電子間斥力に起因する磁性を用いて、電子間引力を起源とする超伝導を制御する必要がある。
本研究では、ノンコリニア(非共線的)な磁気構造におけるヘリシティに関連する自由度が、巨視的位相の制御、すなわち超伝導状態の制御に有効であることを実証する。

研究成果の概要

本研究では、ノンコリニア(非共線的)な磁気構造による超伝導の制御に向けて、強磁性体、超伝導体、重金属等を含む試料作製を行い、磁性と超伝導の制御を行った。
その結果、空間反転対称性の破れた強磁性/超伝導積層膜では、ゼロ磁場において強磁性体の磁化と電流方向に依存して、臨界電流に非相反性が生じる超伝導ダイオード効果を観測することに成功した。
また、磁気ドメインやバンド構造の非対称性の制御が超伝導の制御に有効であることを示唆する結果も得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ノンコリニア磁性と超伝導の共存に向けて作製した空間反転対称性の破れた強磁性/超伝導積層膜において、ゼロ磁場超伝導ダイオード効果が観測された。この成果により、ゼロ磁場で超伝導状態のON/OFFが可能となった。したがって、さらにノンコリニア磁性の自由度を導入することは、制御パラメータが増えるだけでなく、漏洩磁場による素子特性の低下を抑制し、超伝導素子の集積化にも有利となることが期待される。また、磁気ドメインやバンド構造の非対称性が超伝導の制御に有効であることを示唆する結果を得たことは、新奇な超伝導素子開発の設計指針となる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 オープンアクセス 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 4件、 招待講演 8件)

  • [雑誌論文] 人工超格子における超伝導ダイオード効果2024

    • 著者名/発表者名
      成田 秀樹、小野 輝男
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 93 号: 2 ページ: 82-88

    • DOI

      10.11470/oubutsu.93.2_82

    • ISSN
      0369-8009, 2188-2290
    • 年月日
      2024-02-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Superconducting diode effect in artificial superlattices2024

    • 著者名/発表者名
      Hideki Narita、Teruo Ono
    • 雑誌名

      JSAP Review

      巻: 2024 号: 0 ページ: n/a

    • DOI

      10.11470/jsaprev.240206

    • ISSN
      2437-0061
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetization Control of Zero‐Field Intrinsic Superconducting Diode Effect2023

    • 著者名/発表者名
      Narita Hideki、Ishizuka Jun、Kan Daisuke、Shimakawa Yuichi、Yanase Youichi、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 35 号: 40 ページ: 2304083-2304083

    • DOI

      10.1002/adma.202304083

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Field-free superconducting diode effect in noncentrosymmetric superconductor/ferromagnet multilayers2022

    • 著者名/発表者名
      Narita Hideki、Ishizuka Jun、Kawarazaki Ryo、Kan Daisuke、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Shimakawa Yuichi、Ognev Alexey V.、Samardak Alexander S.、Yanase Youichi、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Nature Nanotechnology

      巻: 17 号: 8 ページ: 823-828

    • DOI

      10.1038/s41565-022-01159-4

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ゼロ磁場超伝導ダイオード効果2023

    • 著者名/発表者名
      成田秀樹
    • 学会等名
      超伝導分科会 第68回研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetization control of zero-field superconducting diode effect2023

    • 著者名/発表者名
      H. Narita
    • 学会等名
      The 36th International Symposium on Superconductivity (ISS2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetization-mediated superconducting diode effect2023

    • 著者名/発表者名
      H. Narita
    • 学会等名
      11th International Symposium on Metallic Multilayers (MML 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Control of non-reciprocal current by ferromagnetism2023

    • 著者名/発表者名
      H. Narita, J. Ishizuka, D. Kan, Y. Shimakawa, Y. Yanase, T. Ono
    • 学会等名
      InterMag2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 多元素超格子における超伝導ダイオード効果の磁化制御2023

    • 著者名/発表者名
      成田 秀樹, 石塚 淳, 菅 大介, 島川 祐一, 栁瀬 陽一, 小野 輝男
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] テラヘルツ励起による超伝導ダイオードの臨界電流変化2023

    • 著者名/発表者名
      関口 文哉, 成田 秀樹, 廣理 英基, 小野 輝男, 金光 義彦
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導/強磁性多層膜におけるゼロ磁場超伝導ダイオード効果2023

    • 著者名/発表者名
      H. Narita
    • 学会等名
      第6回 高温超伝導フォーラム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fe系超伝導超格子における非相反臨界電流2023

    • 著者名/発表者名
      成田 秀樹, 石塚 淳, 菅 大介, 島川 祐一, 柳瀨 陽一, 小野 輝男
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Zero-field superconducting diode effect in ferromagnet-superconductor hybrids2022

    • 著者名/発表者名
      H. Narita
    • 学会等名
      The Superconducting spintronics 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Field-free superconducting diode effect in polar superconductor/ferromagnet multilayers2022

    • 著者名/発表者名
      H. Narita, J. Ishizuka, R. Kawarazaki, D. Kan, Y. Shiota, T. Moriyama, Y. Shimakawa, A. V. Ognev, A. S. Samardak, Y. Yanase, T. Ono
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Low Temperature Physics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Superconducting Diode Effect in Ferromagnet-inserted Noncentrosymmetric Superconducting Multilayers2022

    • 著者名/発表者名
      H. Narita, J. Ishizuka, R. Kawarazaki, D. Kan, Y. Shiota, T. Moriyama, Y. Shimakawa, A. V. Ognev, A. S. Samardak, Y. Yanase, T. Ono
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 強磁性ドーピングした超伝導多層膜における非相反臨界電流2022

    • 著者名/発表者名
      成田 秀樹, 石塚 淳, 河原崎 諒, 菅 大介, 塩田 陽一, 森山 貴広, 島川 祐一, A. V. Ognev, A. S. Samardak, 柳瀨 陽一, 小野 輝男
    • 学会等名
      応用物理学会 2022年年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Control of the superconducting diode effect by ferromagnetic materials2022

    • 著者名/発表者名
      H. Narita
    • 学会等名
      28th Vortex Physics Workshop Japan
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Zero-field superconducting diode effect in superconducting/ferromagnetic multilayers2022

    • 著者名/発表者名
      H. Narita
    • 学会等名
      KIKEN workshop 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 超伝導/強磁性多層膜における超伝導ダイオード効果2022

    • 著者名/発表者名
      成田 秀樹, 石塚 淳, 河原崎 諒, 菅 大介, 塩田 陽一, 森山 貴広, 島川 祐一, A. V. Ognev, A. S. Samardak, 柳瀨 陽一, 小野 輝男
    • 学会等名
      応用物理学会 2022年年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 極性構造を持つ超伝導/強磁性多層膜における超伝導ダイオード効果2022

    • 著者名/発表者名
      成田 秀樹, 石塚 淳, 河原崎 諒, 菅 大介, 塩田 陽一, 森山 貴広, 島川 祐一, A. V. Ognev, A. S. Samardak, 柳瀨 陽一, 小野 輝男
    • 学会等名
      NanospecFY2021mini
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 極性ハイブリッド超伝導多層膜における非相反臨界電流の磁化制御2022

    • 著者名/発表者名
      成田 秀樹, 石塚 淳, 河原崎 諒, 菅 大介, 塩田 陽一, 森山 貴広, 島川 祐一, A. V. Ognev, A. S. Samardak, 柳瀨 陽一, 小野 輝男
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Field-free superconducting diode effect in noncentrosymmetric superconductor/ferromagnet multilayers2022

    • 著者名/発表者名
      成田 秀樹, 石塚 淳, 河原崎 諒, 菅 大介, 塩田 陽一, 森山 貴広, 島川 祐一, A. V. Ognev, A. S. Samardak, 柳瀨 陽一, 小野 輝男
    • 学会等名
      The 24th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS-2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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