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東大・理研・東北大など、極性超伝導体における巨大整流特性を発見

発表日:2020年3月28日

極性超伝導体における巨大整流特性の発見

―超伝導整流性の起源解明に新たな一歩―

1.発表者:

板橋 勇輝(東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻 博士課程 1年)

井手上 敏也(東京大学大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター 助教/JST さきがけ研究者)

清水 直(研究当時:理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム 研究員/現:電力中央研究所 主任研究員)

斎藤 優(カリフォルニア大学サンタバーバラ校 研究員)

大内 拓(東北大学金属材料研究所 博士課程 3年)

野島 勉(東北大学金属材料研究所 准教授)

岩佐 義宏(東京大学大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター/物理工学専攻 教授/理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム チームリーダー)

2.発表のポイント:

◆空間反転対称性の破れた極性構造(注1)を持つ2次元超伝導体において、強大な整流特性(注2)を発見。

◆微視的機構を解明し、2種類の異なる起源の超伝導整流特性が存在することを発見。

◆本研究成果が、極性構造を有する2次元電子系の新機能を開拓すると同時に、空間反転対称性の破れた超伝導体における新奇輸送特性の新たな知見となることに期待。

3.発表概要:

東京大学大学院工学系研究科の板橋勇輝大学院生、同研究科物理工学専攻の井手上敏也助教、岩佐義宏教授(理化学研究所 創発物性科学研究センター創発デバイス研究チームチームリーダー兼任)らの研究グループは、理化学研究所や東北大学金属材料科学研究所のグループと共同で、電気二重層トランジスタ(EDLT)構造(注3)による界面電場によって極性構造を持つ2次元超伝導体であるチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)が、磁場を印加した状況下で巨大な整流特性を示すことを発見した。

空間反転対称性の破れた物質において実現する、半導体p-n接合を必要としない物質固有の整流特性は、これまで常伝導体と超伝導体においてそれぞれ個別に報告されてきたが、本研究で初めて同一の物質における常伝導状態および超伝導状態での整流性の観測に成功し、超伝導状態において整流作用が常伝導状態の1,000,000倍増大することを発見した。さらに、超伝導整流特性の詳細な温度依存性を調べ、2種類の異なる起源の超伝導整流特性が存在していることを明らかにした。

本研究成果は、界面において空間反転対称性の破れた極性構造を有する2次元電子系の新たな機能性の開拓を推進するだけではなく、一般の空間反転対称性の破れた超伝導体における新規輸送現象の新たな知見となるものと期待される。

本研究成果は、米国科学雑誌『Science Advances』(3月27日アメリカ東部夏時間)に掲載される。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0531761_01.pdf

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