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Aug 26, 2023

結合ジョセフソン接合に基づくデバイスにおける超伝導ダイオード効果

2023 年 8 月 23 日の特集 この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされました。 編集者は、コンテンツの内容を保証しながら、次の属性を強調しました。

2023年8月23日の特集

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イングリッド・ファデリ著、Phys.org

いわゆる超電導 (SC) ダイオード効果は、材料が一方向に SC であり、もう一方の方向に抵抗がある場合に発生する興味深い非相反現象です。 この効果は、さまざまな材料におけるその観察と信頼性の高い制御により、将来の新しい集積回路の開発が可能になる可能性があるため、多くの物理学研究の焦点となってきました。

理化学研究所および日本と米国の他の研究機関の研究者らは最近、コヒーレント結合した2つのジョセフソン接合で構成される新しく開発されたデバイスでSCダイオード効果を観察した。 Nature Physics に掲載された彼らの論文は、結合ジョセフソン接合に基づく有望な技術のエンジニアリングを導く可能性があります。

「私たちは、NanoLettersに掲載された以前の理論論文に触発されて、コヒーレント結合ジョセフソン接合（JJ）における特徴的なSC輸送である非局所ジョセフソン効果を実験的に研究しました」と、研究を実施した研究者の一人である松尾貞重氏はPhys誌に語った。 .org。

「Nature 物理学で取り上げられた最近の研究は、非局所ジョセフソン効果に関する私たちの以前の研究の延長です。したがって、私たちは以前の論文で使用したのと同じ方法を利用しました。」

松尾と彼の同僚による最近の研究は、コヒーレント結合された JJ における SC 輸送に焦点を当てた以前の研究成果に基づいています。 実験を行うために、チームは 1 つの SC リードを共有する 2 つの JJ で構成されるデバイスを使用しました。

「共有の SC リードが狭い場合、2 つの JJ は一貫して結合され、相互作用します」と松尾氏は説明しました。 「1 つの JJ を SC ループに埋め込み、もう 1 つの JJ を測定することで、コヒーレント結合を通じて他の JJ の影響を受ける JJ の SC 輸送を研究できます。」

松尾氏らは、デバイス内で結合された JJ の位相を変調することで、最終的に SC ダイオード効果を生み出すことができました。 したがって、彼らの研究は、結合された JJ ベースのデバイスでこの効果を実現するための有望で信頼できる戦略を明らかにするとともに、これらのデバイスの効果を支える物理学にもさらなる光を当てました。

「この現象は将来のSC回路の無損失整流に応用されるため、SCダイオード効果自体は重要です」と松尾氏は述べた。 「さらに、SC ダイオード効果は、SC デバイスが時間反転および空間反転対称性を持たない場合に現れます。したがって、私たちの結果は、結合された JJ の位相制御がそのような対称性を破ることができることを示唆しています。これは、予想される他のエキゾチックな SC 現象が発生することを意味します。」対称性が破れた状態は、結合された JJ で実現される可能性があります。」

将来的には、この最近の論文がエレクトロニクス工学の分野に新たな機会を開く可能性があります。 たとえば、彼らが使用した方法は、新しい高性能超電導電子部品の開発に応用できる可能性があります。 同時に、松尾氏らの研究は、世界中の他の研究チームに、結合された JJ を使用した同様の研究を実施するよう促す可能性がある。

「我々は現在、JJのコヒーレント結合を制御することにより、SCダイオード効果以外の珍しいSC現象を探索する予定です」と松尾氏は付け加えた。

詳しくは：松尾貞重他、短距離コヒーレント結合から導出されたジョセフソンダイオード効果、Nature Physics (2023)。 DOI: 10.1038/s41567-023-02144-x