| 研究課題/領域番号 |
24H00007
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| 研究種目 |
特別推進研究
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
小野 輝男 京都大学, 化学研究所, 教授 (90296749)
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| 研究分担者 |
新見 康洋 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (00574617)
白石 誠司 京都大学, 工学研究科, 教授 (30397682)
柳瀬 陽一 京都大学, 理学研究科, 教授 (70332575)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2029-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2026年度)
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| 配分額 *注記 |
620,880千円 (直接経費: 477,600千円、間接経費: 143,280千円)
2026年度: 76,050千円 (直接経費: 58,500千円、間接経費: 17,550千円)
2025年度: 76,050千円 (直接経費: 58,500千円、間接経費: 17,550千円)
2024年度: 316,680千円 (直接経費: 243,600千円、間接経費: 73,080千円)
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| キーワード | 超伝導 / 磁性 / 磁性体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、研究代表者らが見出した超伝導ダイオード効果およびゼロ磁場超伝導ダイオード効果の知見をもとに、超伝導と磁性の融合による新物質・新物性開拓および応用展開を目指すものである。多層構造による反転対称性の破れと磁性による時間反転対称性の破れを組み合わせることで新規な超伝導体を創成し、超伝導ダイオード効果の特性向上や応用展開に加えて、磁化によって超伝導体の位相を制御するなどの新しいコンセプトによって新規物性開拓を試みる。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、研究代表者らが見出した超伝導ダイオード効果およびゼロ磁場超伝導ダイオード効果の知見をもとに、超伝導と磁性の融合による新物質・新物性開拓および応用展開を目指すものである。多層構造による反転対称性の破れと磁性による時間反転対称性の破れを組み合わせることで新規な超伝導体を創成し、超伝導ダイオード効果の特性向上や応用展開に加えて、磁化によって超伝導体の位相を制御するなどの新しいコンセプトによって新規物性開拓を試みる。
本年度は以下のような研究実績が得られた。ゼロ磁場超伝導ダイオード効果を示すNb/V/Ta/Pt/Fe/Pt多層膜における超伝導ダイオード効果のPt層厚依存性を調べ、超伝導ダイオード効果がFe層からクーパーペアへの交換相互作用によるものであることを明らかとした。スピン軌道相互作用の強いBiと強磁性体Niを接合させた超伝導リングデバイスを用いて、整数磁束量子から半整数磁束量子へのクロスオーバーを観測し、その起源を実験的に明らかにした。理論面では、散逸を人為的に導入した非平衡超伝導状態で超伝導ダイオード効率が１００％となる一方向性超伝導が起こることを理論的に予言した。また、二次元超伝導体に特有のべレジンスキー・コステリッツ・サウレス転移に伴う非線形ダイオード効果を定式化した。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度は初年度であるが、以下のような成果が得られており、研究は順調に進展している。ゼロ磁場超伝導ダイオード効果を示すNb/V/Ta/Pt/Fe/Pt多層膜における超伝導ダイオード効果のPt層厚依存性を調べ、超伝導ダイオード効果がFe層からクーパーペアへの交換相互作用によるものであることを明らかとした。この結果位に関する論文を執筆中である。スピン軌道相互作用の強いBiと強磁性体Niを接合させた超伝導薄膜をリング状に加工し、磁場を掃引すると、整数磁束量子から半整数磁束量子へのクロスオーバーを観測していた。この起源を明らかにするために、超伝導Nbと強磁性体Niの2層薄膜を用いて比較対照実験を行い、クロスオーバーがBiの強いスピン軌道相互作用に依るものであることを見出した。この研究に関する論文を投稿中である。超伝導ダイオード効率が１００％となる「完全超伝導ダイオード」、および一方向の電流に対しては超伝導体として振る舞い逆方向の電流には絶縁体として振る舞う「究極の超伝導ダイオード」の理論設計に取り組んでいる。前者に対しては時間依存GL理論を用いた理論設計に成功し、論文を出版した。後者に対しては2つの研究が着実に進展しており、論文化の目途が立っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後、超伝導ダイオード効果が観測されているNb/Ta/V、さらにはゼロ磁場超伝導ダイオード効果が観測されている強磁性体を含む薄膜でもリング状のデバイスを加工し、半整数磁束量子の観測を目指す。さらに応用展開を見据えたジョセフソン接合デバイスの作製にも取り組む。理論面では、完全超伝導ダイオードの実現に向けて、候補物質と具体的なセットアップの提案を行う。また、究極の超伝導ダイオードの理論的定式化に向けて、２つの方向からのアプローチを実施する。一つは強相関電子系のモット絶縁相を活用した超伝導絶縁体転移であり、もう一つはランダム電子系のアンダーソン局在を活用した超伝導絶縁体転移である。
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