2015 Fiscal Year Annual Research Report
高強度テラヘルツパルス技術による超伝導体のヒッグスモードの研究
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15H05452
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松永 隆佑 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50615309)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | テラヘルツ分光 / 超伝導 / ヒッグスモード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二ホウ化マグネシウムは2次元的なσバンドと3次元的なπバンドからなる2つのバンドに由来して2つの秩序パラメーターを持ち、2つの超伝導ギャップを持つマルチギャップ超伝導体として知られている。2つのバンドそれぞれの秩序パラメーターに由来して2つのヒッグスモードが存在すると考えられるため、バンド間の相互作用が働くときにこの集団励起モードがどのように影響を受けるのかに注目して実験を行った。狭帯域化した高強度マルチサイクルテラヘルツ波を用いた非線形透過測定によって第三高調波を観測し、その振る舞いからヒッグスモードとテラヘルツ電場の共鳴現象を調べた結果、2つの超伝導ギャップのうち高エネルギー側のσバンドに由来するヒッグスモードが明瞭に観測された。その一方で、エネルギー的により安定であると考えられるπバンド由来のヒッグスモードの共鳴は確認できなかった。エネルギー的に不安定なσバンドのヒッグスモードのほうが強い共鳴が観測されるという、直観とは異なる結果が得られたが、連立ギャップ方程式に基づいた理論計算結果ともよく整合する結果であることが分かった。バンド間相互作用を取り入れたとき、超流動密度が大きい方のヒッグスモードが支配的に振る舞い、超流動密度が小さい、つまり低エネルギー側のヒッグスモードは逆に不安定化することが本研究により実験的に明らかになった。
またd波の対称性を持つ銅酸化物高温超伝導体におけるヒッグスモードに注目して、高強度テラヘルツ波ポンプ-可視光反射プローブ測定を行った。非線形ポンププローブ信号を異なる対称性に分解してダイナミクスを調べた結果、転移温度近傍で準粒子励起によるインコヒーレントな信号が現れ、さらに十分低温に冷却するとテラヘルツ電場に追随したコヒーレントな非線形信号が観測されることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
マルチギャップ超伝導におけるヒッグスモードと電磁場の非線形共鳴の振る舞いを解明し、d波超伝導における高強度テラヘルツ波誘起非線形ダイナミクスの観測に成功するなど、当初の研究計画に基づいて概ね順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はd波超伝導体の非平衡ダイナミクスを解明するために、テラヘルツポンプ-可視光プローブ測定とテラヘルツポンプ-テラヘルツプローブ測定を組み合わせて実験を進めて行く。マルチギャップ超伝導においても高強度モノサイクルテラヘルツパルスを用いた非断熱的励起測定を行い、πバンドおよびσバンドに準粒子を光注入することでヒッグスモードを直接時間分解観測することを目指す。
さらに銅酸化物超伝導体における2次元超伝導面間のコヒーレンスに起因して生じる秩序パラメーターの位相モード、いわゆるジョセフソンプラズマ共鳴に着目して実験を行う。光励起非平衡状態における振る舞いを調べ、転移温度以上における超伝導揺らぎの形成について明らかにしていく。
またテラヘルツ電場の高強度化に取り組む。光整流効果によって高強度テラヘルツ波を発生させるためのニオブ酸リチウム結晶を液体窒素温度程度にまで冷却し、フォノンの吸収を抑えて変換効率を上昇させることでテラヘルツ波を高強度化して、より明瞭に非線形信号を観測できるように実験系の改良を行っていく。
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