2021 Fiscal Year Research-status Report
Real time observation of vortex dynamics using microwave microscope
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20K20891
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
前田 京剛 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (70183605)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 雄介 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (20261547)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | マイクロ波顕微鏡 / フラックスフロー / ホール効果 / 鉄カルコゲナイド / BdG方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，摩擦によるエネルギー損失の減少を大目標とし，界面摩擦と同じダイナミクスに従う超伝導体磁束量子格子をモデル系として利用して問題攻略の糸口を探るのを大目的とする。具体的には，磁束量子が運動状態でも欠陥等のランダムネスや相互作用を通じて受ける複雑な動的ピン止め過程の詳細を理解することを目的として，マイクロ波顕微鏡を導入し，運動する磁束量子一本がピン止め中心との相互作用で周辺に引き起こす局所電流密度変化を実時間計測し，その変化が周辺の磁束量子へ散逸する過程の詳細を克明に記録することで当初目的を達成する。本年度は，以下を実施した。
(1)低温動作マイクロ波顕微鏡について，これまで作製・利用してきたSTM型を解体し，AFM型への改造を行った。昨年度の実績報告の段階で，室温でトポ像並びに複素伝導度像が測定できるようになっていたが，本年度は液体ヘリウム温度でトポ像並びに複素伝導度像が測定できるようになった。これにて低温動作マイクロ波顕微鏡は一応の完成を見た。
(2)FeSeバルク単結晶を気相成長法にて作製し，十字型共振器を用いたフラックスフロー・ホール効果の測定を継続した。その結果，実効粘性係数測定とホール角の大きさ並びに磁場依存性が異なるという非常に興味深い結果を得た。現在この解釈とともに論文を準備中。
(3)PLD法で作製した一連のFeSe1-xにおいて，マイクロ波顕微鏡でトポ像，常伝導状態並びに超伝導状態の複素伝導度像の測定を開始した。
(4)時間に依存するギンツブルグ・ランダウ方程式により孤立量子渦のフロー状態における駆動力を求め、その起源を明らかにした。また2次元系におけるPearl型量子渦や3次元系における曲がった量子渦にかかる駆動力を解析的に求めた。また鉄系超伝導体FeSeを念頭にBogoliubov-deGennes 方程式に基づく時間発展方程式のコードを作成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
昨年度の実績報告の段階で，「コロナ禍により，研究計画採択通知ならびに開始が，当初予定より３か月遅れ，また，関連して，学内の活動の一部制限，注文した部品の未着等の理由が重なり，初年度終了時点で，上記実績にとどまっている。」と報告したが，その後，何とか上記報告までこぎつけた。
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| Strategy for Future Research Activity |
二年間の研究計画において，上記事情による遅れはかなり深刻である。加えて，昨今のウクライナ－ロシア問題に関連して，今年度は液体ヘリウムの使用が著しく制限されるとの見通しであり，超伝導・フラックスフローに関連した測定がどこまでできるか，全く不透明であるが，一応以下を計画として考えている。
（１）完成した低温動作AFM型マイクロ波顕微鏡を用いて，磁束量子が探針下を通過したときのシグナルを検知する。
（２）FeSeバルク単結晶における（マクロ）フラックスフローについてもデータを，磁場・温度の関数として取得する。
（３）実験結果を念頭に置き，開発したBdG方程式を解くコードを用いて，FeSeのフラックスフロー抵抗の温度・磁場依存性を理論的に求める。
（４）FeSeバルク単結晶における（マクロ）フラックスフローについてのデータをも合わせて，フラックス・フロー下におけるエネルギー散逸について，積年の謎を解決する。
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| Causes of Carryover |
2021年度もコロナ禍で国内外の学会がことごとくオンラインになり，当初予定していた旅費に使うことが全くなかったこと，マイクロ波顕微鏡の低温動作化が始まったのが年末からであったので，その分，寒剤使用に予定していた予算にごくわずかではあるが余剰があることなどが主な原因である。本年度は繰越最終年度であり，繰越予算は上記計画のために寒剤に使用する。
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