Control of superconductivity by noncollinear magnetism

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本年度はノンコリニア(非共線的)な磁気構造と超伝導が共存する試料作製に向けて、強磁性体、超伝導体、重金属を含む多層膜試料の作製を行い、輸送特性や磁化の測定から超伝導特性の解明を行った。前年度に作製した極性強磁性/超伝導多層膜では、強磁性体の磁化と電流方向に依存して、臨界電流に非相反性が生じる超伝導ダイオード効果をゼロ磁場において観測することに成功した。しかし、臨界電流の磁場依存性には、強磁性体の磁化に依存した磁気ヒステリシスが現れ、非相反臨界電流は符号反転を伴う複雑な磁気ヒステリシスを示すことが明らかになった。この複雑な非相反臨界電流の振る舞いは、磁気ドメインの複雑さを反映している可能性があり、さらに磁性層の膜厚や組み合わせを最適化していくことがノンコリニア磁性を用いた超伝導の制御に必要であった。本年度は膜厚調整に加え、磁気結合を変調する中間層や隣接する層にスピン軌道相互作用の大きいPt等の重金属を挿入することで、ジャロシンスキー・守谷相互作用を顕在化させてノンコリニア磁性の制御を目指した。強磁性体、超伝導体、重金属を組み合わせた試料において、強磁性と超伝導が共存する試料の作製に成功した。また、複雑な磁気状態の制御を行うことなく、強磁性体の磁化の振る舞いと対応する非相反臨界電流の磁気ヒステリシスを観測し、巨大な臨界電流の非相反性に由来するゼロ磁場における超伝導ダイオード効果の実証に成功した。この結果は、超伝導体中のクーパー対に強磁性体による交換磁場が作用していることを示唆している。またスピン軌道相互作用の大きい重金属を挿入することが、強磁性体の磁気異方性だけでなく超伝導特性の制御にも有効であることを解明した。以上の研究成果を論文にまとめ、現在投稿中である。