理研ら,トポロジカル物質で超伝導ダイオードを実現

理化学研究所(理研)と東北大学の共同研究グループは,トポロジカル絶縁体の超伝導界面において,超伝導電流の整流効果を観測した(ニュースリリース)。

トポロジカル絶縁体と超伝導体を接合したトポロジカル超伝導体を用いることで,擾乱に対して堅牢なトポロジカル量子計算が可能になることが理論的に提案されており,現在盛んに研究が進められている。

今回,研究グループは,その電子状態を調べるため,トポロジカル絶縁体表面状態と超伝導が共存しているFeTe(Fe:鉄、Te:テルル)とBi2Te3(Bi:ビスマス,Te:テルル)の積層界面に着目した。

超伝導界面と平行(面内)に磁場を加えて抵抗を測定したところ,部分的に超伝導の発現した状態でのみ,電流の方向に依存して抵抗が変化する整流効果(ダイオード効果)が現れることが分かった。

さらに,詳細な測定と理論計算から,スピン運動量ロッキングした表面状態の電子が特殊な超伝導状態を実現していることが明らかになった。

これらの研究結果から,トポロジカル絶縁体と超伝導体との接合によって,超伝導電流の流れる方向を効果的に制御できることが明らかになったとする。これは,磁場で制御可能な超伝導電流のダイオードとしての応用が期待できるものだという。

また,この研究によって,スピン運動量ロッキングと超伝導の相互作用の理解が深まったことで,トポロジカル超伝導体,マヨラナ粒子やトポロジカル量子計算の実現に向け,一層の研究が進展することが期待できるとしている。

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