東京大學研究生院工學系研究科的研究生板橋勇輝以及該研究科物理可用能工學專業的井手上敏也助教和岩佐義宏教授等人組成的研究團隊與埼玉大學、東京工業大學的研究團隊共同發現，具有空間反演對稱破缺的三重旋轉對稱的層狀超導體PbTaSe2（由鉛：Pb、鉭：Ta、硒：Se構成的單晶）即使在沒有外部磁場和磁有序的條件下也表現出強大的整流特性。
圖1：（A）PbTaSe2的晶體結構模式圖（俯視圖）。呈現具有三重旋轉對稱的空間反演對稱破缺結構。（B）具有三重旋轉對稱的物質的整流現象模式圖。（供圖：東京大學）
圖2：PbTaSe2的超導轉變（A) 及超導狀態與常導狀態的整流特性（B）（供圖：東京大學）
單一物質中產生的電流的整流現象與常規半導體結的整流性不同，即使在超導等特殊狀態下也能實施，是一種可以作爲超導二極體原理的新現象。儘管在過去超導體也報告過整流效應，但都需要施加磁場。
研究團隊利用在之前的研究中取得的成果，使用具有正三角形對稱的超導體PbTaSe2精確測量了導電性，由此成功觀測到了不需要外部磁場的新超導整流現象。以此爲基礎，在PbTaSe2中測量了無需外部磁場的物質特有的整流特性。
由此，在常導狀態（不顯示超導的狀態）和超導狀態下均觀測到了反映晶體對稱的特徵性整流現象，同時發現，超導狀態下的整流半徑大幅高於常導狀態。另外，爲解釋觀測到的超導整流現象，研究團隊將具有三重旋轉對稱的超導體中的漩渦-反漩渦運動公式化，提出了超導二極體的新原理，即這種運動的不對稱形成了超導整流特性。
以上結果表明，整流現象是反映超導漩渦詳細動態的傳輸現象，可作爲了解空間反演對稱破缺的超導體的激發態和漩渦動態的重要方法。
井手上助教表示：「今後，透過在各種超導體中實施類似的現象、提高整流效率並探索其他的獨特超導功能，有助於實施能量損失非常小的電子電路。」
【詞注】
■旋轉對稱：以特定角度繞任意軸旋轉時狀態不發生變化的性質。三重旋轉對稱是繞軸旋轉120度也不會改變的、與正三角形相同的對稱。
■漩渦-反漩渦：一般來說，超導體内部會排斥磁通量（麥士納效應），但第二類超導體透過增加外部磁場，被量子化的磁通量可以進入内部，這種現象稱爲漩渦。另一方面，沒有施加磁場的超導體中可能會成對生成漩渦與反漩渦（朝相反方向量子化的磁通量）。這種現象主要出現在二維超導體中，但在超導轉變溫度附近和流過大電流時，層狀物質中被認爲也存在這種激發。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：《Nature Communications》（網路版：3月29日）
論文：Giant second harmonic transport under time-reversal symmetry in a trigonal superconductor
DOI：10.1038/s41467-022-29314-4
