カイラルナノチューブにおける超伝導
Superconductivity in a chiral nanotube
2017年2月16日 Nature Communications 8 : 14465 doi: 10.1038/ncomms14465
物質のカイラリティーは、カイラル分子の円偏光二色性やカイラル磁性体における磁気スキルミオン、カイラル伝導体における非相反電荷輸送などに代表されるように、光学特性、磁気秩序、電気伝導等の物性に影響を及ぼすことが知られている。その一方で、超伝導輸送に対するカイラリティーの影響は現在まで知られていなかった。本研究では、反転対称性の破れを反映して超伝導電流の順方向と逆方向が非等価になるという、超伝導の非相反性を初めて観測した。これは、結晶カイラリティーの超伝導特性への影響を示した明確な証拠である。カイラリティーを持つ構造体における超伝導は、単一の二硫化タングステンカイラルナノチューブにおいてイオンゲート法を用いることで実現された。非相反伝導シグナルは、超伝導状態で大きく増大し、ナノチューブの円周に沿った超伝導電流の量子干渉効果に起因するリトル・パークス振動も同時に観測された。今回の結果は、非相反伝導がカイラル構造やより一般の空間反転対称性の破れた構造を持つ超伝導体を探索する有望な方法であることを示している。
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Chirality of materials are known to affect optical, magnetic and electric properties, causing a variety of nontrivial phenomena such as circular dichiroism for chiral molecules, magnetic Skyrmions in chiral magnets and nonreciprocal carrier transport in chiral conductors. On the other hand, effect of chirality on superconducting transport has not been known. Here we report the nonreciprocity of superconductivity—unambiguous evidence of superconductivity reflecting chiral structure in which the forward and backward supercurrent flows are not equivalent because of inversion symmetry breaking. Such superconductivity is realized via ionic gating in individual chiral nanotubes of tungsten disulfide. The nonreciprocal signal is significantly enhanced in the superconducting state, being associated with unprecedented quantum Little-Parks oscillations originating from the interference of supercurrent along the circumference of the nanotube. The present results indicate that the nonreciprocity is a viable approach toward the superconductors with chiral or noncentrosymmetric structures.
