成田秀樹 化学研究所特定助教、小野輝男 同教授らの研究グループは、島川祐一 同教授、菅大介 同准教授、柳瀬陽一 理学研究科教授、石塚淳 スイス連邦工科大学研究員（現：新潟大学助教）、Alexey V. Ognev 極東連邦大学教授、Alexander S. Samardak 同教授らと共同で、強磁性体を含む極性超伝導多層膜において、外部磁場を用いずに一方向にのみ電気抵抗がゼロとなる超伝導ダイオード効果を観測しました。
ダイオード効果とは、顺方向に电流をよく流す一方で逆方向にはほとんど流さない効果であり、整流器や础颁-顿颁コンバータ等の电子机器に広く用いられています。従来の半导体ダイオードは、低温では电気抵抗が大きく动作时のエネルギー损失や発热が问题となりますが、超伝导体では电気抵抗がゼロであるため、非散逸な电子回路への応用が期待されています。しかし、これまでは超伝导体においてダイオード効果を実现するためには、外部磁场が必要であり、実用化には限界がありました。
本研究では、ニオブ（狈产）层、バナジウム（痴）层、コバルト（颁辞）层、バナジウム（痴）层、タンタル（罢补）层から构成される极性构造を有した超伝导/强磁性多层膜において、强磁性体である颁辞の磁気状态を制御することによって、外部磁场がない状态でも临界电流の大きさが电流方向に依存することを発见し、さらに无磁场下において超伝导ダイオード効果の方向を制御することに成功しました。この成果は、超低消费电力の新しい不挥発性メモリや论理回路の実现へ贡献することが期待されます。
本研究成果は、2022年6月30日に、国際学術誌「Nature Nanotechnology」にオンライン公開されました。
研究者のコメント
「近年、超伝导ダイオード効果に関する実験?理论研究が国内外で飞跃的に进展しています。本研究で作製した强磁性体を含む极性超伝导多层膜では、空间反転対称性が破れており、超伝导と强磁性が共存しています。このような超伝导体では、従来のものとは异なる电子状态が実现されている可能性があり、多层膜构造の设计自由度を活かして、今后の研究でその详细の解明を目指していきたいと思います。」（成田秀树）
【顿翱滨】
【书誌事项】
Hideki Narita, Jun Ishizuka, Ryo Kawarazaki, Daisuke Kan, Yoichi Shiota, Takahiro Moriyama, Yuichi Shimakawa, Alexey V. Ognev, Alexander S. Samardak, Youichi Yanase, Teruo Ono (2022). Field-free superconducting diode effect in noncentrosymmetric superconductor/ferromagnet multilayers. Nature Nanotechnology, 17(8), 823–828.
