米澤進吾 理学研究科助教、前野悦輝 同教授、シャーバズ?アンワー 日本学術振興会外国人特別研究員らの研究グループは、ルテニウム酸化物の特別な超伝導体と組み合わせることで、スピン（磁性を担う電子の性質）の揃った強磁性金属の中に超伝導ペアを作ることに成功しました。電子スピンに基づく情報を利用することは、「スピントロニクス」として磁気ヘッドや磁気メモリーなどに広く応用されていますが、今回の発見は、超伝導電子を使った「スーパー?スピントロニクス」の分野を切り拓く基礎となるものと期待できます。
本研究成果は2016年10月26日にNature Publishing Groupの発行するオンライン誌「Nature Communications」に掲載されました。
研究者からのコメント
左から、前野教授、米泽助教、アンワー外国人特别研究员
アンワー博士のアイデアから、ソウル国立大のグループとの共同研究が始まり、超伝导体と薄膜磁石を组み合わせて、期待以上に电気をよく通す机能性素子ができました。そして、この素子の极低温での性质を调べたところ、超伝导电子ペアが磁石の中に深く浸みこむ新しい现象を见つけました。
この现象には超伝导电流とは别に超伝导のスピンの流れ、すなわち「超スピン流」を伴っていることが理论的に予想されていますので、それをどのように観测するのかも今后の课题です。トポロジカル超伝导を利用して超伝导スピンを制御できる素子ができると、量子コンピューティングへの実现へ向けた基础概念の一つにもなると考えられます。
概要
电子には、电気を运ぶ「电荷」と磁性を担う「スピン」の性质があります。超伝导は、ある温度以下で电気抵抗が完全にゼロになってしまう现象で、超伝导物质内で电子2个ずつがペアを作ることで引き起こされます。超伝导の电子がエネルギーの损失なく电気を运ぶ际に、「スピン」の情报も运ぶことができると素晴らしいのですが、これまで知られているほとんどの超伝导体では、ペアを作ることで电子の「スピン」は打ち消されていました。
スピンの揃った电子ペアを强磁性体の中に作る新しい方法として、スピンの揃った电子ペアをもつ「スピン叁重项超伝导」を使う方法が考えられます。この方法では电子ペアのスピンの组み替えは必要なく、磁石の中と同じ向きのスピンだけを滤しとればよいのです。そのため、素子の构造が単纯になるだけでなく、効率もスピン情报の维持性も画期的に向上すると期待されます。ルテニウム酸化物超伝导体は、トポロジカル物质であるスピン叁重项超伝导体の最有力候补の一つとして、现在世界的に活発な研究が进められています。
そこで本研究グループは、ルテニウム酸化物超伝导体厂谤 2 RuO 4 と强磁性金属厂谤搁耻翱 3 の接合素子で、超伝导ペアが强磁性体の中に十分深く浸みこむことを明らかにしました。磁场をかけて强磁性体のスピンの向きを揃えて磁性の乱れを排除しても强い近接効果が维持されることも确认しました。超伝导体と强磁性金属のこのような単纯な构造の接合素子での长距离近接効果の観测は世界で初めてのことです。この成果は、ルテニウム酸化物超伝导体が従来の电子ペアと异なる「スピン叁重项电子ペア」による超伝导であるという结论をさらに强固にするものでもあります。
図：（a） スピンの消えた従来の超伝導体（S）から強磁性体（磁石）（F）への近接効果。中間に別の性質の磁性体（F’）が必要。（b） スピン三重項超伝導体（T）から強磁性体（F）への直接的近接効果。（c） 本研究で作製したルテニウム酸化物の超伝導体（左）と強磁性体（右）との接合断面の電子顕微鏡写真。明るい点がルテニウム原子の像
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
【碍鲍搁贰狈础滨アクセス鲍搁尝】
M.S. Anwar, S.R. Lee, R. Ishiguro, Y. Sugimoto, Y. Tano, S.J. Kang, Y.J. Shin, S. Yonezawa, D. Manske, H. Takayanagi, T.W. Noh & Y. Maeno. (2016). Direct penetration of spin-triplet superconductivity into a ferromagnet in Au/SrRuO3/Sr2RuO4 junctions. Nature Communications, 7: 13220
- 日刊工業新聞（10月27日 27面）に掲載されました。
