東大ら，超伝導状態におけるスピンホール効果を初観測

東京大学，名古屋大学，東北大学，日本原子力研究開発機構の研究グループは，これまで着目されて来なかった超伝導体を用いてスピンホール効果の測定を行ない，超伝導状態において初めてスピンホール効果を観測することに成功した（ニュースリリース）。

従来の多くの超伝導体ではクーパー対はスピンの自由度を持っておらず，スピンは超伝導準粒子によって運ばれる。超伝導準粒子はその性質が電子とは大きく異なるため，超伝導体中におけるスピン輸送現象も他の物質とは異なることが予想されるが，その詳細についてはまだ解明されていない点が多く，また超伝導体中でのスピンホール効果の観測についてもこれまで報告はなかった。

研究グループは，超伝導体として金属の中で超伝導転移温度の高い窒化ニオブを用いて，微細加工した磁性体，非磁性体（銅），超伝導体細線を組み合わせた素子を作製した。スピンホール効果によるスピン流―電流変換に関する実験を，窒化ニオブが常伝導状態にある場合と超伝導状態にある場合の両方で行なった。

その結果，これまで報告されていない超伝導状態においてもスピンホール効果の信号の観測することに成功し，さらに通常スピン注入電流に依存しないスピンホール効果が，超伝導状態ではスピン注入電流の減少とともに大きく増大し，最大で常伝導状態の2000倍以上大きくなることを発見した。

測定された信号は，スピンホール効果に由来することが証明され，また超伝導準粒子がこの効果に寄与していることが明らかになった。スピンホール効果は，抵抗率が大きいほど効果が大きくなる。

超伝導体中ではエネルギーギャップの存在により，温度の変化によって超伝導準粒子の粒子数が大きく変化することが知られている。今回の実験では，スピン注入電流を小さくすることで銅／窒化ニオブ界面近傍の超伝導準粒子が感じる有効温度が低下し，それにより準粒子の粒子数が減少することで生じた抵抗率の増大が巨大なスピンホール効果に寄与していると考えられるという。

研究グループは今回の結果から，今後スピン検出素子への応用や，超伝導体を用いた新たなスピントロニクスデバイスの開発の進展や，これまで注目されて来なかった超伝導体のスピントロニクスへの応用の有用性に光を当てた，新たな研究領域の創出に貢献することが期待できるとしている。