素子間の結合で異常ジョセフソン効果を創発

理化学研究所（理研） 創発物性科学研究センター 量子機能システム研究グループの松尾 貞茂 研究員、井本 隆哉 研修生（研究当時）、佐藤 洋介 リサーチアソシエイト（研究当時）、樽茶 清悟 グループディレクター（量子コンピューター研究センター 半導体量子情報デバイス研究チーム チームリーダー）らの国際共同研究グループは、2つのジョセフソン接合がコヒーレント結合した際に創発される異常ジョセフソン効果の観測とその制御に成功しました。

本研究成果はジョセフソン接合のコヒーレント結合を用いた位相バッテリーなどの新機能超伝導素子の実現に貢献するものです。

ジョセフソン接合は2つの超伝導体の間に絶縁体や伝導体を挟んだ素子です。磁気センサーや量子コンピューターにおいて主要な役割を担います。近年、2つのジョセフソン接合が超伝導電極を共有する場合に、新奇超伝導現象が発現することが理論的に提案され、注目されています。

今回、国際共同研究グループは半導体を介した2つのジョセフソン接合がコヒーレント結合した素子について、接合を流れる超伝導電流が各接合の位相差に対してどのような依存性を持つのかを評価しました。その結果、一方の接合を流れる超伝導電流について、その接合自身の持つ位相差（局所位相差）がゼロであるにもかかわらず他方の接合の位相差（非局所位相差）を制御すると有限の超伝導電流が流れることが分かりました。これは2つの接合のコヒーレント結合により異常ジョセフソン効果が発現したことを示しています。

本研究は、オンライン科学雑誌「Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｄｖａｎｃｅｓ」（２０２３年１２月１３日付：日本時間１２月１４日）に掲載されます。