物性物理学：単一磁性原子を用いたジョセフソン接合におけるダイオード効果

電子デバイスにおける電流は、バイアス方向に対して非対称になり得る。これは、ダイオードの有用性の基礎となる現象で、非相反電荷輸送と呼ばれている。最近、無散逸エレクトロニクスへの期待から、超伝導ダイオードの探求が促されており、さまざまな非中心対称系において非相反超伝導デバイスが実現されている。今回我々は、走査型トンネル顕微鏡において原子スケールのPb–Pbジョセフソン接合を形成することによって、小型化の究極的限界を調べた。1個のPb原子によって安定化された純粋な接合はヒステリシス挙動を示し、接合の質の高さが確認されたが、バイアス方向の間に非対称性は存在しない。この接合に1個の磁性原子を挿入すると非相反超伝導電流が出現し、その優先方向は原子種に依存する。我々は、理論モデル化の助けを借りて、非相反性の起源が、超伝導エネルギーギャップ内の電子–正孔非対称Yu–Shiba–Rusinov状態によって流れる準粒子電流であることを突き止め、ジョセフソン接合におけるダイオード挙動の新しい機構を特定した。今回の結果は、原子スケールのジョセフソンダイオードの作製と、それらの特性の単一原子の操作による調整への新たな道を開く。

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