| 研究課題/領域番号 |
20K03816
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
枡富 龍一 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00397027)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 非相反伝導 / ボルテックスラチェット効果 / ラッシュバ効果 |
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| 研究実績の概要 |
近年、我々が研究を行ってきたGaAs劈開表面上に作成された超伝導薄膜において、空間反転対称性と時間反転対称性が破れから生じる非相反伝導が観測されるか検証を行った。鉛の超薄膜(1 nm程度)に対して垂直磁場中の電気伝導測定を行うと、第二高調波から得られる電気抵抗が磁場の正負に対して反対称になることがわかった。さらに、この電気抵抗は超薄膜の超伝導転移温度以下で観測されることから、GaAs劈開表面上の超薄膜において超伝導に起因した非相反伝導が生じていると考えられる。
さらにこの非相反伝導が生じている要因を調べるため、走査電子線顕微鏡による劈開表面の観測を行った。劈開面中央部分の観測においては特徴的な構造は観測されず、非常に平坦な表面が実現していることがわかった。さらに、劈開面の上部端の観測においても異常は観測されなかった。一方、下部端の観測においては特徴的な構造が観測された。これは基板劈開時、劈開方向によって試料端の一方に欠けが生じているためだと考えられる。さらに、このことが電子輸送特性に影響していることを検証するために、劈開方向を逆にした試料において電気伝導測定を行った。その結果、逆の磁場依存性が観測された。以上の事から、試料端より渦糸が侵入する際、試料端の形状により異なるポテンシャルエネルギーを感じるため、侵入方向に依存したボルテックスラチェット効果により非相反伝導が生じていると考えてられる。
今年度はさらに、面内磁場下においても非相反伝導が生じるか否かの検証するための準備も行った。本来、基板状に作成された超伝導薄膜は真空と基板に挟まれているため、空間反転対称性が破れている。このことによりラッシュバスピン軌道相互用が働き、面内磁場下において非相反伝導が生じる可能性がある。この効果による非相反伝導を観測するため、面内磁場下における臨界電流測定装置の開発および整備を行った。
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| 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
GaAs劈開表面上に作成された超伝導超薄膜において、電流の向きに依存した非相反伝導の観測に成功した。さらに、その要因を調べるために、電子線顕微鏡を用いた劈開表面の観察から非相反伝導が生じている要因を明らかにすることができた。さらに今年度はラッシュバスピン軌道相互作用による非相反伝導の観測のため、超伝導臨界電流の測定手法の確立やイオン液体を用いた実験の準備も進めており、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度までの研究により、GaAs劈開表面上に作成された超伝導超薄膜において、垂直磁場印加時に非相反伝導が生じることが明らかになった。これは渦糸（量子化された磁束）が運動する際、電流の向きに応じて異なるポテンシャルエネルギーを感じるボルテックスラチェット効果で理解できることがわかった。今年度はさらに、面内磁場下においても非相反伝導が生じるか否かの検証を行う。本来、基板状に作成された超伝導薄膜は真空と基板に挟まれているため、空間反転対称性が破れている。このことによりラッシュバスピン軌道相互用が働き、面内磁場下において非相反伝導が生じる可能性がある。具体的な手法としては面内磁場下における超伝導臨界電流の測定を行いたいと考えている。昨年度までの臨界磁場下での測定では、面内臨界磁場が非常に高い鉛の超伝導超薄膜において非相反伝導を観測することは困難であると考えられるが、臨界電流の測定を行えばラッシュバスピン軌道相互作用に起因する非相反伝導を観測できる可能性がある。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究計画を実行する中で予期しない現象を観測した。この現象を明らかにするため、当初の実施計画を少し変更したことから繰越額が発生した。次年度、この繰越額と翌年度分の助成金を使用し、新たな現象の解明を含め当初の研究計画を遂行する予定である。
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