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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―

2020/03/30

発表のポイント

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

概要

　東北大学金属材料科学研究所のグループは、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、理化学研究所の研究グループと共同で、電気二重層トランジスタ（EDLT）構造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 日アメリカ東部時間）に掲載されました。

詳細

図1. SrTiO3-EDLTの模式図（A）及び整流特性の模式図（B）
 
低温物質科学実験室
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