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2021 年度 実施状況報告書

超伝導ダイオード効果の機構解明と不揮発性超伝導ダイオード素子の創出

研究課題

研究課題/領域番号 21K18145
研究機関京都大学

研究代表者

小野 輝男  京都大学, 化学研究所, 教授 (90296749)

研究分担者 柳瀬 陽一  京都大学, 理学研究科, 教授 (70332575)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
キーワード超伝導
研究実績の概要

本研究の目的は、研究代表者らが見出した「超伝導ダイオード効果(Nature 584, 373 (2020))」の機構を解明し、不揮発性超伝導ダイオード素子を創出することである。研究代表者らは、超伝導臨界電流に対するダイオード効果を見出したが、研究代表者らの想定する超伝導ダイオード効果のシナリオが正しければ、超伝導が破壊される臨界磁場の大きさも電流方向に依存する超伝導臨界磁場の非相反効果が存在するはずである。今年度はこの超伝導臨界磁場の非相反効果を実証し論文報告をおこなった(Appl. Phys. Express 14, 073003)。さらに、超伝導臨界電流の非相反性が外部磁場の大きさに対して振動するという現象を実験的に見出し、この現象を定性的に説明する理論を構築した。研究代表者らの見出した超伝導ダイオード効果は、時間反転対称性を破るための外部磁場を必要とするが、今回、超伝導人工格子に磁性体を導入し、磁性体の磁化によって時間反転対称性を破ることで、無磁場下での超伝導ダイオード効果を実現することに成功した。これにより、無磁場下で超伝導ダイオード効果を利用できるばかりでなく、磁性体の磁化の向きによる超伝導ダイオードの極性制御が可能となった。また、磁性体の磁化の向きによる超伝導ダイオードの極性制御が可能ということは、磁性体の磁化を利用した不揮発メモリ機能を超伝導ダイオードに付加できることを意味する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

【研究実績の概要】に記したように、令和5年度の目標であった無磁場下での超伝導ダイオード効果の実証に成功した。さらに、超伝導臨界電流の非相反性が外部磁場の大きさに対して振動するという新規現象を見出すなど、当初計画以上の成果が得られている。

今後の研究の推進方策

【現在までの進捗状況】に記したように、当初予定を超えた研究の進捗があるため、新たに得られた知見をもとに、さらに挑戦的な課題に取り組んでいきたい。

次年度使用額が生じた理由

薄膜作製装置のメンテナンスの必要が生じたが、令和3年度中には実施できなかったので令和4年度にメンテナンスを行う。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Investigation of the upper critical field in artificially engineered Nb/V/Ta superlattices2021

    • 著者名/発表者名
      Ando Fuyuki、Kawarazaki Ryo、Naritsuka Masahiro、Kasahara Yuichi、Miyasaka Yuta、Narita Hideki、Kan Daisuke、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Shimakawa Yuichi、Matsuda Yuji、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: 060902~060902

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abfdc1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of nonreciprocal superconducting critical field2021

    • 著者名/発表者名
      Miyasaka Yuta、Kawarazaki Ryo、Narita Hideki、Ando Fuyuki、Ikeda Yuhei、Hisatomi Ryusuke、Daido Akito、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Yanase Youichi、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 14 ページ: 073003~073003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac03c0

    • 査読あり
  • [学会発表] 局所反転対称性のない結晶構造の超伝導2021

    • 著者名/発表者名
      柳瀬陽一
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 超伝導ダイオード効果2021

    • 著者名/発表者名
      小野輝男
    • 学会等名
      WPI-MANA Virtual City of Workshops「超伝導物質、トポロジカル物質」
    • 招待講演
  • [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2021

    • 著者名/発表者名
      成田秀樹
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [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2021

    • 著者名/発表者名
      成田秀樹
    • 学会等名
      NanospecFY2021mini
  • [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2021

    • 著者名/発表者名
      成田秀樹
    • 学会等名
      応用物理学会
  • [学会発表] 超伝導ダイオード効果の磁場誘起極性反転2021

    • 著者名/発表者名
      河原崎諒
    • 学会等名
      日本物理学会

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公開日: 2022-12-28  

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