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Aug 22, 2023

研究者らは、超電導薄膜における遍在的な超電導ダイオード効果を観察した

2023 年 8 月 3 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3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、新技術の開発に潜在的な価値があるため、最近物理研究コミュニティ内で大きな注目を集めています。 この効果は、非相反超伝導の重要な例を提供します。これは、この効果をホストする材料が、一方の電流の流れ方向では本質的に超伝導であり、もう一方の方向では抵抗性であるためです。

マサチューセッツ工科大学 (MIT) の研究者は、IBM Research Europe および世界中の他の研究機関と協力して、超伝導体材料の薄膜におけるこの興味深い効果を最近観察しました。 Physical Review Letters で発表された彼らの発見は、より優れた性能のダイオード (つまり、特定の方向に電流を流すことができるデバイス) などの新しい電子部品の製造を可能にする可能性があります。

「SCダイオード効果の我々の発見は、ある意味、偶然だったが、同様に驚くべきものだった」と、この研究を行った研究者の1人、ジャガディーシュ・ムーデラ氏はPhys.orgに語った。 「私たちは、同様の薄膜スタック構造を使用して超伝導金の表面に現れる、マヨラナフェルミオンとしても知られるとらえどころのないマヨラナ束縛状態を研究していました（そして今も研究しています）。私たちはこの現象を「迅速に」探索するために寄り道をしました（超伝導ダイオード効果) が突然脚光を浴びるようになり、2020 年以降、このテーマに関するいくつかの新しい報告が発表されました。」

Moodera と彼の同僚が SC ダイオード効果の調査を開始してからわずか数日後、薄い超電導膜での SC ダイオード効果の観察に成功しました。 当初、彼らは特に、有利であることが知られている条件下、特に超伝導体がスピン軌道磁場と交換磁場にさらされたときの効果を観察しようと試みた。 しかし、彼らはすぐに、この効果が超伝導層のいたるところに存在すること、つまり、これらの磁場がなくても、どちらの場合でも影響が生じることを意味していることに気づきました。

「超電導体における記録的なダイオードの動作は、そのエッジを単純に彫刻するだけで実現できることが判明し、効率的な超電導メモリ、スイッチ、ロジックなどのデバイス技術を将来容易にスケールアップするための基礎が形成される」とムーデラ氏は説明した。 「夏の間MITで研究を行った2人の高校3年生、アミット・ベランバリーとオウラニア・グレザコウ＝エバートがこの研究に貢献したことを指摘するのは注目に値する。この研究は、画期的な研究が、予期せぬときに、自由なときに起こることをさらに強調している」心を開いて探検してください！」

超伝導体は、十分に低い温度まで冷却されると超伝導になる (つまり、エネルギーを失わずに直流を流すことができる) 材料です。 言い換えれば、これらの材料には、臨界電流として知られる最大値までゼロ抵抗で流れる、散逸のない電流が流れます。

SC ダイオード効果が発生すると、この臨界電流はその方向 (つまり、材料内を順方向に流れるか逆方向に流れるか) に基づいて異なります。 研究者らの研究の主な目的は、超伝導材料の薄層におけるこの効果を調査することでした。

「私たちは、その上に強磁性半導体層を備えた高品質のSCフィルムを製造し、輸送電流特性を測定したところ、磁場を印加する必要がなくても巨大なSCダイオード効果があることがわかりました。」とAkashdeep Kamra氏とYasen Hou氏は説明しました。 「私たちは、リソグラフィーでパターン化したフィルムストリップの側面の微細な幾何学的詳細が、このダイオード効果において重要な役割を果たしていることに気づきました。そこで、たとえ単純なSCフィルムでも合成し、一方の側面に不均一性を導入し、さらなる非対称性を生み出し、ダイオード効果を強化しました」 SCダイオード効果です。」