T^*型高温超伝導体におけるストライプ秩序とジョセフソンプラズマの検証と制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450007
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 内田 慎一 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (10114399)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小嶋 健児 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (60302759)
• Keywords: T^*型Cu酸化物 / 高温超伝導 / 光学型ジョセフソン・プラズマ / ジョセフソン接合超格子 / ジョセフソン磁束 / テラヘルツスペクトル

Research Abstract

高温超伝導体は、超伝導CuO_2面がc軸方向に積層したジョセフソン接合超格子となっている。それを特徴づけるのはジョセフソン・プラズマと呼ばれる、テラヘルツ領域に固有振動数をもつ集団励起モードである。この集団励起は光とは直接結合しない縦励起モードである。光と結合する光学型(横励起)プラズマモードを作るには、CuO_2面間のジョセフソン結合強度をc軸方向に空間的に変調する必要がある。昨年度は、La系高温超伝導体をベースに、Laを他の希土類元素に置換することにより、頂点酸素をCuO_2面の片側にしかもたないT^*型高温超伝導体単結晶を合成し、ジョセフソン結合強度を構造的に変調することにより、光学型ジョセフソン・プラズマ発生の観測に成功した。
本年度は、外場によるジョセフソン結合強度の変調を試み、Y系高温超伝導体を対象とし、磁場を超伝導面に平行にかけ、面間に侵入するジョセフソン磁束がジョセフソン結合強度をどのように変調するかを調べた。その結果、T_c=60Kのアンダードープ結晶においては、1テスラ程度の磁場でジョセフソン磁束が2層間毎に交互に侵入することがわかり、c軸偏光光学スペクトルのテラヘルツ域に光学型ジョセフソン・プラズマモードが発生する事を検証した。ジョセフソン磁束が侵入している接合としていない接合との間で結合強度の差が生じたもので、磁場によりT^*型構造に類似の状況を作り出すことに成功したものである。この結果は、1テスラ程度の磁場でテラヘルツ域の光学スペクトルを操作できることを示しており、テラヘルツ光源あるいはテラヘルツ検知器としての応用に道を拓くものである。

Research Products

• [Publications] B.Nachumi: "Raman scattering in striped La_<1.475>Nd_<0.4>SrO_<125>CuO_4"Phys. Rev. B. 65. 092504 (2002)
• [Publications] A.Ino: "Doping dependent evolution of the electronic structure of La_<2-x>Sr_xCuO_4 in the superconducting and metallic phases"Phys. Rev. B. 65. 094504 (2002)
• [Publications] S.Arumugam: "Competition of Static Stripe and Superconducting Phases in La_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4 Controlled by Pressure"Phys. Rev. Lett.. 88. 247001 (2002)
• [Publications] Yayu Wang: "High Field Phase Diagram of Cuprate Derived from the Nernst Effect"Phys. Rev. Lett.. 88. 257003 (2002)
• [Publications] K.M.Kojima: "New Josephson Plasma Modes in Underdoped YBa_2Cu_3O_<6.6> Induced by a Parallel Magnetic Field"Phys. Rev. Lett.. 89. 247001 (2002)