2019 Fiscal Year Research-status Report
Establishment and application of a current-inducing method to observe superconducting Higgs modes
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18K13496
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中村 祥子 東京大学, 低温科学研究センター, 特任助教 (00726317)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ヒッグスモード / 超伝導 / 秩序変数 / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導秩序変数の振幅の振動であるヒッグスモードは、超伝導秩序を調べる新しいプローブとして注目されている。ヒッグスモードは電気分極や磁気分極を伴わないので、高強度テラヘルツ光源を用いた非線形測定によって観測されてきたが、近年、超伝導電流を注入すると、比較的弱いテラヘルツ光源を用いた光学伝導度測定でも観測できることが理論的に示された。
本研究では、これまでに非線形励起を用いた過渡応答や第三高調波の実験や、対応する理論計算が行われてきた、いわば標準的な試料と言える第2種s波超伝導体の窒化ニオブ（NbN）薄膜について、実際に、直流電流を注入しながら透過配置の光学伝導度測定を行い、超伝導ギャップ端のエネルギーにおいて、超伝導秩序変数のヒッグスモードに起因するピークを観測した。観測されたピークの偏光依存性や電流依存性は理論予測に合致しており、ピークの強度について、超伝導体の各種パラメータを用いた現実的な計算を行ったところ、実験結果とオーダーで一致する結果が得られた。温度依存性や、異なる厚さの試料を用いた測定から、超伝導秩序変数のヒッグスモードの特徴であるギャップとピーク中心の対応関係も確認し、電流注入下の光学伝導度測定によって超伝導秩序変数のヒッグスモードを観測するという手法の有効性を実証した。
さらに、この電流注入の手法を、同じNbNの薄膜において、狭帯域テラヘルツ波パルスに対する非線形応答の測定にも拡張したところ、直流電流による時間・空間反転対称性の破れを反映し、巨大な非相反第２高調波が観測された。共鳴周波数の電流依存性や、発生強度の磁場依存性から、観測された第２高調波は、NbN薄膜にピン止めされた磁束量子による応答だと考えられる。
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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
本研究は、大電流を流しながら光学伝導度測定を行うことでヒッグスモードを観測するという手法をs波超伝導体NbNで確立し、他の超伝導体に応用するという計画である。これまでに、NbNで原理を実証し、研究成果をまとめた論文が出版された。また、当初の計画に無かったNbNの非線形応答の測定において、電流注入の手法で空間・時間反転対称性を破ることで、巨大な非相反第2高調波の観測に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
非BCS型超伝導体に対して、電流注入下のテラへルツ時間領域分光測定を行う予定である。超伝導ギャップエネルギーが小さく転移温度が低い超伝導体の測定に向けて、冷却方法やテラへルツ波光源の改良を進めていく。
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| Causes of Carryover |
本研究は、大電流を流しながら光学測定を行うことでヒッグスモードを観測するという手法をs波超伝導体NbNで確立し、他の超伝導体に応用する計画であるが、応用対象として想定していた複数の超伝導体試料薄膜において、接触抵抗等の問題で大電流が流せないことが判明し、他の種類の超伝導体薄膜を新たに入手して実験することになったので、光学測定を次年度に持ち越すことになった。大電流の注入には既に成功したので、光学測定において広帯域テラヘルツ波光源として使用する光伝導スイッチの購入と、周辺の整備に使用する計画である。
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Research Products
(5 results)
