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2017 Fiscal Year Annual Research Report

光による超伝導コヒーレンスの量子制御に関する研究

Research Project

Project/Area Number 15H02102
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

島野 亮  東京大学, 低温センター, 教授 (40262042)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
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
Outline of Annual Research Achievements

超伝導の集団励起である振幅モード(ヒッグスモード)および位相モードの観測を利用した超伝導コヒーレンスの光学的検出手法の開発の開拓、さらに光による超伝導コヒーレンスの制御法について以下の研究を進めた。
1)s波超伝導体NbNに直流電流を印加すると、入射電磁波の電場成分が電流に平行な場合に、ヒッグスモードが光学伝導度スペクトルの実部にピーク構造として観測されることを実験で初めて明らかにした。電流注入下ではヒッグスモードが電磁波に対する線形応答として観測できることを実証した。
2)d波超伝導体であるBi系銅酸化物高温超伝導体において、テラヘルツ波パルス励起近赤外光パルスプローブ分光により、ヒッグスモードの観測に初めて成功した。
3)超伝導とネマティック秩序が長距離の磁気秩序を伴わずに共存しているFeSe超伝導薄膜に対してTHz ポンプ-プローブ分光を行い、THzポンプ光による超伝導クーパー対の破壊に由来する信号を検出することに成功した。また、超伝導転移温度より高い温度から現れる信号を検出した。その起源はネマティック秩序や磁気揺らぎ等内在する秩序に由来している可能性が高いと考えられ、その詳細な解析を進めている。
4)銅酸化物高温超伝導体の光励起下での超伝導コヒーレンスをジョセフソンプラズマ共鳴の観測から調べた。La系銅酸化物超伝導体に対し、転移温度以下の超伝導状態において1 mJ/cm2を越えるような非常に強い光励起を行うと新たな準安定状態が発現していることを示唆する実験結果を得た。また、超伝導と競合する電荷ストライプ秩序が現れるLaをNdに置換した系では、励起直後に反射率の上昇が見られ、それが超伝導転移温度以上の電荷秩序の発達する温度領域まで残存することがわかった。この信号が超伝導コヒーレンスを反映するかどうかを今後より系統的な測定により明らかにしていく。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

銅酸化物高温超伝導体でヒッグスモードの観測に初めて成功した。光による超伝導コヒーレンスの制御の研究を銅酸化物高温超伝導体に適用するための重要な進展であると考えられる。加えて、La系銅酸化物高温超伝導体に光強励起すると、新たな準安定状態が発現していること、Laを一部Ndに置換した系では超伝導転移温度以上でも超伝導コヒーレンスが誘起されることを示唆する結果を得た。これらの結果は、超伝導の発現機構にも深く関連していると考えられ、今後の新たな研究展開が期待される。電流注入方式によるヒッグスモードの観測も、ヒッグスモードの新たな検出法として発展する可能性がある。研究期間を通して多くの進展が見られた。

Strategy for Future Research Activity

銅酸化物高温超伝導体でヒッグスモードの観測に成功したので、今後これをプローブとして、光による超伝導コヒーレンスの増強を目指して研究を展開していく。超伝導転移温度以上で超伝導コヒーレンスを光誘起できるかどうかを種々の非線形レーザー分光法を駆使して明らかにしていく。

  • Research Products

    (28 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 5 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] パリ ディドロ大学(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      パリ ディドロ大学
  • [Int'l Joint Research] ブルックヘブン国立研究所(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ブルックヘブン国立研究所
  • [Journal Article] Higgs Mode in the d-Wave Superconductor Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+x} Driven by an Intense Terahertz Pulse2018

    • Author(s)
      Kota Katsumi, Naoto Tsuji, Yuki I. Hamada, Ryusuke Matsunaga, John Schneeloch, Ruidan D. Zhong, Genda D. Gu, Hideo Aoki, Yann Gallais, and Ryo Shimano
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 120 Pages: 117001/1-6

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.117001

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Terahertz field-induced ionization and perturbed free induction decay of excitons in bulk GaAs2018

    • Author(s)
      Yuta Murotani, Masayuki Takayama, Fumiya Sekiguchi, Changsu Kim, Hidefumi Akiyama, and Ryo Shimano
    • Journal Title

      J. Phys. D: Appl. Phys.

      Volume: 120 Pages: 114001/1-10

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1361-6463/aaa989

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Polarization-resolved terahertz third-harmonic generation in a single-crystal superconductor NbN: Dominance of the Higgs mode beyond the BCS approximation2017

    • Author(s)
      Ryusuke Matsunaga, Naoto Tsuji, Kazumasa Makise, Hirotaka Terai, Hideo Aoki, and Ryo Shimano
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 96 Pages: 020505/1-5

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.020505

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rate Equation Analysis of the Dynamics of First-order Exciton Mott Transition2017

    • Author(s)
      Fumiya Sekiguchi and Ryo Shimano
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 68 Pages: 103702/1-5

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSJ.86.103702

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高強度テラヘルツ波励起によるd波超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+x}におけるヒッグスモードの観測2018

    • Author(s)
      勝見恒太, 辻直人, 濱田裕紀, 松永隆佑, Ruidan D. Zhong, John Schneeloch, Genda D. Gu, 青木秀夫, Yann Gallais, 島野亮
    • Organizer
      東京大学低温センター研究交流会
  • [Presentation] 電流注入下のs波超伝導体NbNにおけるTHz線形分光による超伝導ヒッグスモードの観測2018

    • Author(s)
      中村祥子, 飯田雄大, 松永隆佑, 寺井弘高, 島野亮
    • Organizer
      東京大学低温センター研究交流会
  • [Presentation] Higgs spectroscopy in a d-wave superconductor2018

    • Author(s)
      Kota Katsumi, Romain Grasset, Yann Galles, Joshua Higgins, Richard Greene and Ryo Shimano
    • Organizer
      東京大学低温センター研究交流会
  • [Presentation] 銅酸化物超伝導体La_{2-x}Sr_xCuO_4における光誘起準安定相の発見2018

    • Author(s)
      丹羽宏彰, 泊開人, 松永隆佑, Dongjoon Song, 永崎洋, 島野亮
    • Organizer
      東京大学低温センター研究交流会
  • [Presentation] 銅酸化物超伝導体La_{2-x}Sr_{x}CuO_4のテラヘルツ帯光励起非平衡ダイナミクスの観測2018

    • Author(s)
      丹羽宏彰, 吉川尚孝, 泊開人, 松永隆佑, Dongjoon Song, 永崎洋, 島野亮
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
  • [Presentation] テラヘルツパルスによる励起子のイオン化と自由誘導減衰2018

    • Author(s)
      室谷悠太, 高山正行, 関口文哉, 金昌秀, 秋山英文, 島野亮
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
  • [Presentation] Nonequilibrium dynamics of superconductors2018

    • Author(s)
      Ryo Shimano
    • Organizer
      MPI-UBC-UTokyo Winter School
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Higgs mode in conventional and unconventional superconductors2017

    • Author(s)
      Ryo Shimano
    • Organizer
      6th International Conference on Photoinduced Phase Transitions
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] THz study of photoexcited dynamics in high Tc superconductors2017

    • Author(s)
      Ryo Shimano
    • Organizer
      International Workshop on Non-Linear Effects and Short-Time Dynamics in Novel Superconductors and Correlated Spin-Orbit Coupled Systems
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A light-induced metastable phase in superconducting La_{2-x}Sr_xCuO_42017

    • Author(s)
      Ryo Shimano
    • Organizer
      International Workshop on Ultrafast dynamics and metastability
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A light-induced nonequilibrium phenomena in high Tc cuprate superconductors2017

    • Author(s)
      Ryo Shimano
    • Organizer
      International Workshop on Frontiers of Research in Quantum Materials, Max Planck Institute
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Kota Katsumi, Yuki I. Hamada, Ryusuke Matsunaga, John Schneeloch, Ruidan D. Zhong, Genda D. GExploring THz-induced dynamics of a d-wave superconducting condensate in the cuprate Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+x}2017

    • Author(s)
      Kota Katsumi, Yuki I. Hamada, Ryusuke Matsunaga, John Schneeloch, Ruidan D. Zhong, Genda D. Gu, Yann Gallais, and Ryo Shimano
    • Organizer
      6th International Conference on Photoinduced Phase Transitions
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Terahertz pulse induced non-equilibrium dynamics of a d-wave cuprate superconductor2017

    • Author(s)
      Kota Katsumi, Ryusuke Matsunaga, John Schneeloch, Ruidan D. Zhong, Genda D. Gu, Yann Gallais, and Ryo Shimano
    • Organizer
      The International School and Workshop on Electronic Crystals ECRYS 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超伝導体NbNの偏光分解テラヘルツ第三高調波発生:ヒッグスモードの支配的寄与とBCS近似の破綻2017

    • Author(s)
      松永隆佑, 辻直人, 牧瀬圭正, 寺井弘高, 青木秀夫, 島野亮
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [Presentation] テラヘルツ分光による銅酸化物超伝導体La_{1.6-x}Nd_0.4Sr_xCuO_4の光励起ダイナミクスの観測2017

    • Author(s)
      丹羽宏彰, 泊開人, 松永隆佑, Dongjoon Song, 永崎洋, 島野亮
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [Presentation] テラヘルツポンププローブ分光で探るFe(Se,Te)薄膜の超伝導およびネマティック秩序2017

    • Author(s)
      富田圭祐, 松永隆佑, 川合将敬, 浅見大亮, 鍋島冬樹, 前田京剛, 島野亮
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [Presentation] 超伝導体NbNにおける直流電流とヒッグスモードの結合2017

    • Author(s)
      飯田雄大, 松永隆佑, 中村祥子, 寺井弘高, 島野亮
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [Presentation] 高強度テラヘルツ波が拓く固体物性研究の新展開2017

    • Author(s)
      島野亮
    • Organizer
      日本分光学会年次講演会シンポジウム[テラヘルツ分光技術の最先端応用」
  • [Presentation] 高強度テラヘルツ波が拓く物性研究の新展開2017

    • Author(s)
      島野亮
    • Organizer
      強光子場科学研究懇談会
  • [Presentation] 光による物質相制御の現状と展望2017

    • Author(s)
      島野亮
    • Organizer
      東北大学金属材料研究所ワークショップ「多自由度・多階層性が協奏する物質材料システムの科学」
  • [Remarks] 島野研究室ホームページ

    • URL

      http://thz.phys.s.u-tokyo.ac.jp/index.htm

  • [Remarks] プレスリリースwebページ

    • URL

      http://www.phys.s.u-tokyo.ac.jp/press/13679/

URL: 

Published: 2018-12-17  

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