京都大学化学研究所の小野輝男 教授、安藤冬希 同博士課程学生（研究当時）らの研究グループは、同大学理学研究科の柳瀬陽一 教授、大阪大学理学研究科の荒川智紀 助教らと共同で、非対称構造を有する超伝導人工格子において、一方向にのみ電気抵抗がゼロとなる超伝導ダイオード効果を初めて観測しました。ダイオードとは、順方向に電流をよく流す一方で逆方向にはほとんど流さない特性を持つ素子であり、整流器・混合器・光検出器など数多くの電子部品に半導体ダイオードが利用されています。しかしながら、半導体の電気抵抗はゼロでない有限の値を持つため、各部品におけるエネルギー損失の問題が避けられません。そこで、半導体ではなく電気抵抗ゼロの超伝導体にダイオードの特性を付与すること、即ち超伝導ダイオードの実現が望まれていました。
　本研究では、ニオブ（Nb）層、バナジウム（V）層、タンタル（Ta）層から構成される非対称構造を有した超伝導人工格子において、臨界電流の大きさが電流方向に依存することを発見し、超伝導ダイオード効果を実証しました。本成果は、エネルギー損失の極めて小さい電子回路の実現へ貢献することが期待されます。

●用語解説●

空間反転対称性の破れ：３次元の空間座標(x, y, z)を(-x, –y, –z)に変換する操作のことを空間反転と呼び、この操作を施したときに元の状態と変わらないことを「空間反転対称性がある」と表現します。一方で、空間反転によって元とは異なる状態となることを「空間反転対称性の破れ」と言います。

非相反電荷輸送：電流の2次の非線形効果により、電流方向の正負で異なる抵抗値や倍周波の出力信号が現れる現象のこと。今回の場合、物質中を流れる電流に対して垂直方向に空間反転対称性の破れと外部磁場が存在することによって、非線形効果が生じていると考えられます。

超伝導：電子間に働く引力相互作用によって電子がクーパー対を形成し、量子力学的に凝縮する現象のこと。超伝導状態では電気抵抗がゼロとなり、エネルギー散逸がなくなります。

人工格子：成膜技術を用いて複数の種類の原子を繰り返し積層し、人工的に作製された結晶格子のこと。本研究ではNb,V,Taを用いたABC構造を採用しています。ABCABC…という積層構造は空間反転によってCBACBA…という非等価な構造となるため、ABC構造の人工格子は積層方向に空間反転対称性が破れています。

臨界電流：電流は波動関数の空間的な位相のずれを与えるため、位相秩序である超伝導を破壊する臨界電流が存在します。量子渦の運動など様々な要因が臨界電流に影響を与えます。

テスラ：磁場の強さ（磁束の密度）を表す単位であり、Tと表記されます。身近にあるような磁石の表面からは、0.1～1 T程度の磁場が発生しています。