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Light induced superconductivity in iron-based superconductors by using mid-infrared and terahertz light

Research Project

Project/Area Number 19K14625
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Yoshikawa Naotaka  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20819669)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywordsテラヘルツ分光 / 光誘起相転移 / 鉄系超伝導
Outline of Research at the Start

光の照射によって電気伝導や磁性などの物性を変化させる現象は光誘起相転移と呼ばれる。一般に光照射は物質のエントロピーを増大し低温相から高温相へ転移するが、複数の秩序が競合する系での振る舞いは自明でなく、光による秩序状態の形成や低温相への転移といった新奇な現象が期待される。本研究は鉄系超伝導体FeSeを対象に中赤外光照射による光誘起超伝導の実現を目指す。中赤外光によって電子遷移やフォノンを選択的に励起することでフェルミ面の動的変調を誘起し、テラヘルツ分光により非平衡超伝導状態を観測する。相制御の研究によって、軌道秩序と超伝導の相関や鉄系超伝導の発現機構に関する重要な知見が得られると考えている。

Outline of Final Research Achievements

In this project, we performed terahertz spectroscopy to find light-induced superconductivity in iron-based superconductors. Our experiment of terahertz optical conductivity and terahertz third harmonic generation revealed the light-induced enhancement of superconductivity in iron selenide thin film at its superconducting phase.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的な意義として、本研究で観測された光誘起超伝導増強は、鉄系超伝導に特徴的な強いバンド間相互作用を光で変調することに由来すると考えており、これは光による鉄系超伝導体の超伝導の制御につながるだけでなく、鉄系超伝導体の超伝導発現機構についての重要な知見となる可能性がある。また、パルスの光による超伝導状態の変化は、1兆分の1秒の時間スケールで起こり、超高速なスイッチングデバイスなどへの応用を含めた展開が期待される。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Charge carrier dynamics of FeSe thin film investigated by terahertz magneto-optical spectroscopy2019

    • Author(s)
      Yoshikawa Naotaka、Takayama Masayuki、Shikama Naoki、Ishikawa Tomoya、Nabeshima Fuyuki、Maeda Atsutaka、Shimano Ryo
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 100 Issue: 3 Pages: 035110-035110

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.035110

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 鉄系超伝導体FeSe0.5Te0.5における光誘起超伝導増強2020

    • Author(s)
      礒山和基, 吉川尚孝, 勝見恒太, Wong Jeremy, 色摩直樹, 崎下雄稀, 鍋島冬樹, 前田京剛, 島野亮
    • Organizer
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Mid-infrared Pulse Induced Nonequilibrium Dynamics in FeSe Thin Film2019

    • Author(s)
      Kazuki Isoyama, Naotaka Yoshikawa, Keisuke Tomita, Naoki Shikama, Tomoya Ishikawa, Fuyuki Nabeshima, Atsutaka Maeda, Ryo Shimano
    • Organizer
      2019 CIFAR Quantum Materials Summer School
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Higgs mode in iron-based superconductor FeSe0.5Te0.52019

    • Author(s)
      N. Yoshikawa
    • Organizer
      International Conference on Ultrafast and Nonlinear Dynamics of Quantum Materials (Paris Ultrafast 2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Nonequilibrium dynamics of iron-based superconductor FeSe induced by mid-infrared light excitation2019

    • Author(s)
      N. Yoshikawa, K. Isoyama, K. Tomita, N. Shikama, T. Ishikawa, F. Nabeshima, A. Maeda, and R. Shimano
    • Organizer
      Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS 2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] FeSe薄膜のテラヘルツ磁気光学分光2019

    • Author(s)
      吉川尚孝, 高山正行, 色摩直樹, 石川智也, 鍋島冬樹, 前田京剛, 島野亮
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] テラヘルツ波で見る鉄系超伝導体 FeSe0.5Te0.5の光励起状態2019

    • Author(s)
      礒山和基, 吉川尚孝, Wong Jeremy, 勝見恒太, 色摩直 樹, 崎下雄稀, 鍋島冬樹, 前田京剛, 島野亮
    • Organizer
      第11回低温科学研究センター研究交流会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 光励起された鉄系超伝導体FeSe0.5Te0.5からのテラヘルツ第3高調波発生2019

    • Author(s)
      礒山和基, 吉川尚孝, Wong Jeremy, 勝見恒太, 色摩 直樹, 崎下雄稀, 鍋島冬樹, 前田京剛, 島野亮
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2022-01-27  

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