NIMSら，原子1個分の段差が超伝導電流を制御することを発見

物質・材料研究機構と東京大学の研究チームは，シリコン表面上に形成した原子レベル厚さの超伝導体において，原子1個分の高さの段差（原子ステップ）が超伝導電流の流れを制御するジョセフソン接合として働くことを発見した（ニュースリリース）。

最近発見されたシリコン表面上の原子層超伝導体は，究極の微小サイズである原子スケール厚さの超伝導ナノデバイスを実現する可能性を秘めている。しかし，デバイス作製のためには，超伝導演算素子において不可欠な要素であるジョセフソン接合を作製する必要があり，その方法は未解決のままだった。

今回，研究チームは走査トンネル顕微鏡を用いた実験と微視的な理論計算によって，原子層超伝導体の原子ステップに超伝導量子渦の一種であるジョセフソン量子渦という特殊な超伝導状態が発生することを発見した。これにより，原子ステップがジョセフソン接合として働くことを明らかにした。

この成果は，原子層超伝導体を用いると，従来の超伝導素子では個々に作製していたジョセフソン接合を自己組織化的に速く大量に作製できることも意味している。

研究グループは今後，この成果を利用して，原子レベルの厚さしかないジョセフソン素子を創製し，超伝導デバイスへの応用を目指す。また，電力応用が期待される高温超伝導体では，ジョセフソン量子渦が重要な働きをすることが知られており，今回の成果は，高温超伝導体の超伝導特性の解明にも寄与すると期待されるとしている。