旭硝子財団 助成研究成果報告（2023）一般に超伝導体(S)と強磁性体(F)は，伝導電子のスピン角運動量という観点からは互いに相容れない性質をもつ．しかしナノメートルスケールでSとFを接合させると，通常の超伝導電流とは異なる超伝導電流が接合を流れる．このような分野は「超伝導スピントロニクス」として2000年代に入って盛んに研究されるようになってきた．これまで超伝導スピントロニクスで用いられてきたS/F/S接合では，Fの膜厚を変更することで，超伝導電流の特性が変調されてきた．一方で今後の応用を見据えると，超伝導電流の特性を外部パラメータによって連続的に制御できる必要がある．そこで本研究では，原子レベルで整合する「原子層ジョセフソン接合」を用いて超伝導電流を自在に制御できるデバイスの創製を目指す．In general, superconductors (S) and ferromagnets (F) have mutually exclusive properties in terms of the spin angular momentum of conduction electrons. However, when S and F are connected on the nanometer scale, a peculiar superconducting current flows through the junction. Since the beginning of the 2000s, this field has been actively researched as “superconducting spintronics”. In the S/F/S junctions that have been used in su-perconducting spintronics, the characteristics of the superconducting current have been modulated by chang-ing the film thickness of F. On the other hand, for future applications, it is necessary to continuously control the properties of the superconducting current by external parameters. In this research, we aim to create a de-vice, so-called "atomic-layer Josephson junctions", where the magnetic properties of chiral magnet can be tuned by the external magnetic field.電子のスピンを用いた電子技術はスピントロニクスと呼ばれ，次世代の低消費電力メモリなどの開発が活発に進められている．このスピントロニクス研究の新しい流れとして，磁気スカーミオンなどのトポロジカル欠陥にスピン情報を閉じ込めて輸送する試みが世界中で進展している．本研究では，磁気スカーミオンではなく，超伝導の量子渦糸が磁束の量子化条件で保護されたトポロジカル欠陥である点に注目した．そして，超伝導の量子渦糸にスピンを閉じ込めて輸送するという，全く新しいスピン輸送の原理を理論的に解明した．このアイデアにより，これまでにない有効なスピン情報の輸送手段が付け加えられたといえる．Spintronics is a new branch of electronics that makes use of spin degrees of freedom of electrons, and a num-ber of efforts are in progress to develop for example a next-generation memory with low energy consump-tion. A recent trend in spintronis is to explore a way of confining spins within a topological defect such as magnetic skyrmions. Here, instead of using magnetic skyrmions, we rely on the fact that a superconducting vortex is a topological defect that is protected owing to the quantizing condition of magnetic flux. In this pro-ject, we have theoretically clarified that a superconducting vortex can be used as a novel means to transport spins. This idea paves the way for creating spin current with superconducting vortices.56新見 康洋62Yasuhiro NIIMI安立 裕人63Hiroto ADACHI原子層ジョセフソン接合を用いた超伝導流制御デバイスの創製（2021採択）Control of supercurrent in van der Waals Josephson junctions(Project 2021)トポロジカルに保護された超伝導量子渦糸を利用する新しいスピン輸送原理の開拓（2021採択）Exploration of a new spin-transport principle employing topologically-protected superconducting vortices(Project 2021)
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