东京大学研究生院工学系研究科的研究生板桥勇辉以及该研究科物理工学专业的井手上敏也助教和岩佐义宏教授等人组成的研究团队与埼玉大学、东京工业大学的研究团队共同发现，具有空间反演对称性破缺的三重旋转对称性的层状超导体PbTaSe2（由铅：Pb、钽：Ta、硒：Se构成的单晶）即使在没有外部磁场和磁有序的条件下也表现出强大的整流特性。
图1：（A）PbTaSe2的晶体结构模式图（俯视图）。呈现具有三重旋转对称性的空间反演对称性破缺结构。（B）具有三重旋转对称性的物质的整流现象模式图。（供图：东京大学）
图2：PbTaSe2的超导转变（A) 及超导状态与常导状态的整流特性（B）（供图：东京大学）
单一物质中产生的电流的整流现象与常规半导体结的整流性不同，即使在超导等特殊状态下也能实现，是一种可以作为超导二极管原理的新现象。尽管在过去超导体也报告过整流效应，但都需要施加磁场。
研究团队利用在之前的研究中取得的成果，使用具有正三角形对称性的超导体PbTaSe2精确测量了导电性，由此成功观测到了不需要外部磁场的新超导整流现象。以此为基础，在PbTaSe2中测量了无需外部磁场的物质特有的整流特性。
由此，在常导状态（不显示超导的状态）和超导状态下均观测到了反映晶体对称性的特征性整流现象，同时发现，超导状态下的整流幅度大幅高于常导状态。另外，为解释观测到的超导整流现象，研究团队将具有三重旋转对称性的超导体中的涡旋-反涡旋运动公式化，提出了超导二极管的新原理，即这种运动的不对称性形成了超导整流特性。
以上结果表明，整流现象是反映超导涡旋详细动态的传输现象，可作为了解空间反演对称性破缺的超导体的激发态和涡旋动态的重要方法。
井手上助教表示：“今后，通过在各种超导体中实现类似的现象、提高整流效率并探索其他的独特超导功能，有助于实现能量损失非常小的电子电路。”
【词注】
■旋转对称性：以特定角度绕任意轴旋转时状态不发生变化的性质。三重旋转对称性是绕轴旋转120度也不会改变的、与正三角形相同的对称性。
■涡旋-反涡旋：一般来说，超导体内部会排斥磁通量（迈斯纳效应），但第二类超导体通过增加外部磁场，被量子化的磁通量可以进入内部，这种现象称为涡旋。另一方面，没有施加磁场的超导体中可能会成对生成涡旋与反涡旋（朝相反方向量子化的磁通量）。这种现象主要出现在二维超导体中，但在超导转变温度附近和流过大电流时，层状物质中被认为也存在这种激发。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：《Nature Communications》（网络版：3月29日）
论文：Giant second harmonic transport under time-reversal symmetry in a trigonal superconductor
DOI：10.1038/s41467-022-29314-4
