2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02102
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
島野 亮 東京大学, 低温センター, 教授 (40262042)
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2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 集団励起 / 光励起 / 非平衡 / ヒッグスモード / テラヘルツ / ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）超伝導ギャップ周波数以下の強いTHz波パルスを超伝導薄膜に入射すると、第三高調波(THG）が発生し、入射周波数の2倍が超伝導ギャップと一致したときTHG強度が最大になる。この現象はヒッグスモードと電磁波の共鳴効果として解釈されている。最近、このTHGには個別励起である電荷密度揺らぎの寄与もあること、BCS平均場近似の範囲ではむしろ電荷密度揺らぎの寄与の方が大きいことが指摘された。一方、電子-格子相互作用の遅延効果や不純物散乱の存在を無視する平均場近似はヒッグスモードの寄与を大幅に過小評価することも明らかにされた。そこで2つの機構を実験的に区別するため、結晶の対称性とTHz波の偏光を用いた実験手法に着目した。単結晶NbN薄膜試料を用いて、入射電場の偏光方向を結晶軸に対して回転させながらTHGを観測した。その結果、THG強度は入射THz波の偏光によらずほぼ一定であることがわかった。理論計算との比較から、THGの起源としてヒッグスモードの寄与が支配的であるという結論を得た。
２）超伝導を担うCuO面がc軸方向に積層した銅酸化物高温超伝導体では、面間ジョセフソン結合によるプラズマ振動がTHz帯のc軸方向反射率にジョセフソンプラズマ共鳴(JPR)として観測される。本研究では最適ドープLa$_{2-x}$Sr$_x$CuO$_4$を強く光励起した後のJPRの振る舞いを調べた。転移温度以下では、光励起によりJPR周波数が低エネルギーシフトする様子が観測された。ところが励起密度が1 mJ/cm$^2$を超えると、高エネルギー側の反射率が増加することがわかった。複素誘電率解析を行った結果、光励起によりJPRと相関する横モードが光学伝導度に現れていることを明らかにした。即ち、光励起によっても超伝導状態が単純に壊れるのではなく、局所的なジョセフソン結合が現れていることを示唆する結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
s波超伝導体NbNで観測されたテラヘルツ第三高調波発生の起源としてヒッグスモードに加えて、電荷みつぃど揺らぎの寄与があることが指摘され論争となっていたが、本研究によりNbNではヒッグスモードの寄与が支配的であることが明確に示された。銅酸化物高温超伝導体では、強い光励起下で、予想に反して超伝導が単に破壊されるのではないことを示唆する結果が得られ、光誘起超伝導の可能性を明らかにするうえでも重要な性質が見出された。
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| Strategy for Future Research Activity |
銅酸化物高温調で導体で観測された光強励起効果の起源を解明していく。加えて、ヒッグスモードの観測をd波高温超伝導体に拡張し、その性質を明らかにしていく。
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