理研、トポロジカル超伝導体で整流効果を観測：超伝導電流を外部の磁場で制御

理化学研究所（理研）らの研究グループは、トポロジカル絶縁体の超伝導界面で、超伝導電流の整流効果（ダイオード効果）を観測した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

FeTeとBi₂Te₃の積層界面に着目

　理化学研究所（理研）らの研究グループは2019年6月、トポロジカル絶縁体の超伝導界面で、超伝導電流の整流効果（ダイオード効果）を観測したと発表した。

　今回の研究成果は、理研創発物性科学研究センター強相関物性研究グループの安田憲司客員研究員（マサチューセッツ工科大学博士研究員）と十倉好紀グループディレクター（東京大学大学院工学系研究科教授）、強相関界面研究グループの川﨑雅司グループディレクター（東京大学大学院工学系研究科教授）および、東北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授らによるものである。

　研究グループは今回、トポロジカル絶縁体表面状態と超伝導が共存する「FeTe」と「Bi₂Te₃」の積層界面に着目し、トポロジカル超伝導体の電子状態を調べた。実験では、分子線エピタキシー法により、FeTeとBi₂Te₃の積層構造を作製し、抵抗の温度依存性を調査した。この結果、11K（約−262℃）程度から抵抗が下がり始めた。7K（約−266℃）程度で抵抗がゼロとなり、界面で超伝導を発現していることを確認した。

FeTeとBi₂Te₃の積層構造の抵抗と非相反抵抗 出典：理研

　さらに研究グループは、FeTeとBi₂Te₃の界面に平行（面内）に磁場を加えた状態で、非相反抵抗を測定した。常伝導状態だと、非相反抵抗はゼロである。これに対し、部分的に超伝導に転移した温度では、有限な非相反抵抗が生じて整流効果が表れた。特に、磁場の方向反転によって、非相反抵抗の符号も反転することを確認した。このことから、外部から加える磁場の方向によって、超伝導電流の流れやすい方向を制御できることが分かった。

FeTeとBi₂Te₃界面における、超伝導と磁場下での超伝導電流の整流効果イメージ 出典：理研

　研究グループは今回の成果について、磁場で制御可能な超伝導電流のダイオードに応用できるという。また、トポロジカル超伝導体やマヨラナ粒子、トポロジカル量子計算の実現に向けた研究にも貢献できるとみている。