2019 Fiscal Year Annual Research Report
Theory of coherent quantum control of superconductors' pseudospins
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16K17729
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
辻 直人 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (90647752)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光物性 / 超伝導 / 非平衡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、d波超伝導体などの非従来型超伝導体のヒッグスモードの分類理論とそれをもとにクーパー対の対称性を検出するヒッグススペクトロスコピーの提案、および第一原理計算に基づいたヒッグスモードの三次高調波共鳴の解析を行った。
ヒッグスモードは超伝導秩序パラメーターの振幅、すなわち超流動密度が振動する集団励起モードで、対称性の破れた状態に普遍的に存在する。我々はd波超伝導体をはじめとした非従来型超伝導体をテラヘルツレーザーで励起したときに、クーパー対の対称性に依存して異なる励起スペクトルが得られることを見出した。さらにレーザー光の偏光方向を制御することで得られるヒッグスモードのスペクトルを分類し、クーパー対の対称性をヒッグスモードの観測から検出できることを明らかにした。
s波超伝導体であるNbNはテラヘルツ光を用いて三次高調波の共鳴が観測されていたが、その主な起源がヒッグスモードであるか準粒子励起であるかは未解明であった。我々は第一原理計算によってNbNの電子とフォノンのバンド構造を決定し、さらに電子格子相互作用の大きさを評価した。得られた相互作用パラメーターを用いて不純物散乱の効果も取り込んだNbNの有効モデルを作り、三次高調波の感受率を計算した。その結果、不純物散乱が強い領域においてヒッグスモードの寄与が支配的であることがわかり、偏光角度依存性の実験とも整合することが明らかになった。
研究期間全体を通して、超伝導擬スピンの光制御に関して多くの理論的進展があった。非従来型超伝導体におけるヒッグスモードの制御理論は銅酸化物高温超伝導体の三次高調波の実験観測を促し、集団励起モードの新しい知見を生み出しつつある。一方で、クーパー対が持つベリー位相の効果の果たす役割については未解明の部分が多く残っている。これに関しては研究が進展しつつあるが今度の課題である。
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[Journal Article] Classification and characterization of nonequilibrium Higgs modes in unconventional superconductors2020
Author(s)
L. Schwarz, B. Fauseweh, N. Tsuji, N. Cheng, N. Bittner, H. Krull, M. Berciu, G. S. Uhrig, A. P. Schnyder, S. Kaiser, D. Manske
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 287(1-9)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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