阪大ら,超伝導体に振動を加えて負の抵抗を実現

大阪大学と東京大学は,原子レベルに薄い超伝導体NbSe2微結晶に,表面弾性波と呼ばれるGHz帯域の振動外場を加えることで,超伝導状態にも関わらず,ゼロ電流近傍で抵抗が負になる現象を発見した(ニュースリリース)。

2005年の単層グラファイト(グラフェン)の発見以降,粘着テープを用いることで,簡便に原子層レベルで薄い「原子層薄膜」が作製できるようになった。最近では,磁気をもつ強磁性や,抵抗値がゼロ(ゼロ抵抗)を示す超伝導も原子層薄膜で実現することが実験的に明らかになっている。

このような原子層薄膜は通常の薄膜成長と異なり,基板と薄膜との原子配列の整合性を考慮する必要がないため,様々な基板を用いることができる。

そこで研究グループは,超伝導体NbSe2原子層薄膜を,圧電基板LiNbO3に転写し,LiNbO3上に準備した櫛型電極に高周波電場をかけることで,格子の歪みに起因した「表面弾性波」と呼ばれるGHz帯域の波を,原子層超伝導体に照射した。

その結果,通常ゼロ抵抗が観測される温度(超伝導転移温度TC)以下で,低温になるにつれて,また表面弾性波のパワーを強くするにつれて負抵抗の大きさが増大することを発見した。

半導体でも負性抵抗は実現するが,半導体で観測される負性抵抗は,電圧と電流の微分値が負になるものの,抵抗の絶対値自体は負にはならない。一方,今回研究グループが発見した負抵抗は,抵抗の絶対値自体が負になるという新しい現象。

この技術は,周期的な外場を駆動することで,所望の量子状態を実現できる「フロッケ・エンジニアリング」への適用や,超伝導体を用いた量子コンピュータに新機能を付与することも期待されるとしている。

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