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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

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1963
補助金の研究課題番号 22J21677 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
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

河原崎 諒  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2024年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード超伝導ダイオード効果 / 空間反転対称性の破れ
研究開始時の研究の概要

本研究は超伝導ダイオード効果の機構解明を目的とする。超伝導ダイオード効果とは、電流を流す方向で超伝導体に流せる電流の限界値である臨界電流が異なっており、順方向の臨界電流と逆方向の臨界電流の間の電流値では、順方向では超伝導状態でゼロ抵抗であるが逆方向では常伝導状態で抵抗が有限となるため、超伝導体が整流作用を示す現象のことである。現代の生活を支える電子機器の数多くに利用されている半導体ダイオードを、電気抵抗がゼロになる超伝導体で代用することが可能になれば、エネルギー損失のない回路が実現可能であり、本研究はその実現を目指すものである。

研究実績の概要

本研究課題は、空間反転対称性の破れた超伝導体の超伝導ダイオード効果の機構解明である。昨年度は、空間反転対称性の破れたNb/V/Ta超伝導人工格子が示す超伝導ダイオード効果の極性が磁場を増大させると反転することを確認した。(R. Kawarazaki et.al., Magnetic-field-induced polarity oscillation of superconducting diode effect, Applied Physics Express 15, 113001 (2022))本年度は、超伝導ダイオード効果の機構解明に向けて、従来のNb/V/Ta人工格子の積層順序を反転させたTa/V/Nb人工格子の作製可能な条件を明らかにした。さらに、作製したTa/V/Nb人工格子が超伝導転移すること、さらに超伝導ダイオード効果を示すことを発見した。来年度は、Nb/V/Ta人工格子、Ta/V/Nb人工格子それぞれの超伝導ダイオード効果の極性と大きさを比較することで、空間反転対称性の破れた超伝導体が示す超伝導ダイオード効果の機構を解明する予定である。また、本年度は超伝導ダイオード効果の実用化に向けて、試料に交流電流を印加した際の整流効果についても確認し、その成果を論文として発表した。(R. Kawarazaki et.al., Rectification Effect of Non-Centrosymmetric Nb/V/Ta Superconductor, Journal of the Magnetics Society of Japan 47, 133 (2023))

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題である空間反転対称性の破れた超伝導体の超伝導ダイオード効果の機構解明に向けて、これまで作製できていたNb/V/Ta人工格子の積層順序を逆転させたTa/V/Nb人工格子の作製条件を明らかにし、それが超伝導転移すること及び超伝導ダイオード効果を示すことを確認した。来年度は、Nb/V/Ta人工格子とTa/V/Nb人工格子の超伝導ダイオード効果の極性及び非相反性の大きさを比較することで、本研究課題のテーマである超伝導ダイオード効果の機構を明らかにする。

今後の研究の推進方策

本年度作製したNb/V/Ta人工格子とTa/V/Nb人工格子の超伝導ダイオード効果の極性および非相反性の大きさを比較することで、本研究課題のテーマである空間反転対称性の破れた超伝導体が示す超伝導ダイオード効果の機構を明らかにする。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Rectification Effect of Non-Centrosymmetric Nb/V/Ta Superconductor2023

    • 著者名/発表者名
      Kawarazaki R.、Iijima R.、Narita H.、Hisatomi R.、Shiota Y.、Moriyama T.、Ono T.
    • 雑誌名

      Journal of the Magnetics Society of Japan

      巻: 47 号: 5 ページ: 133-136

    • DOI

      10.3379/msjmag.2309R001

    • ISSN
      1882-2924, 1882-2932
    • 年月日
      2023-09-01
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetic-field-induced polarity oscillation of superconducting diode effect2022

    • 著者名/発表者名
      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
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 15 号: 11 ページ: 113001-113001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac99b9

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 河原崎諒, 飯島諒, 所風伍, 成田秀樹, 久富隆佑, 軽部修太郎, 塩田陽一, 小野輝男2024

    • 著者名/発表者名
      Spin Injection into a superconductor without inversion symmetry
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Magnetic-field-induced Polarity Oscillation of the Superconducting Diode Effect2022

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      24th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic-field-induced Polarity Oscillation of the Superconducting Diode Effect2022

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      第29回低温物理学国際学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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