Observation of nonreciprocal charge transport phenomena caused by current-induced breaking of the time-reversal and space-inversion symmetries
| Project/Area Number |
20K14408
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Kyushu University (2022)
The University of Tokyo (2020-2021) |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 超伝導電流 / テラヘルツ / 非相反応答 / 反転対称性の破れ / 磁束量子 / 第２高調波発生 / 超伝導 / 電流 / 非相反 / 電流注入 / テラへルツ |
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| Outline of Research at the Start |
空間・時間反転対称性が同時に破れると、電流の流れる方向によって電気抵抗が異なる「非相反電荷輸送現象」が起こりうる。通常、この現象は、空間反転対称性の破れた物質に磁場を加え、時間反転対称性を破ることで発現するが、超伝導体を対象とする場合は、その磁場による超伝導破壊という副次的効果が起こりうる。そこで、本研究では、流れ、より具体的には、直流電源や円偏光を用いて注入する超伝導電流が、マイクロスコピックに時間・空間反転対称性を破ることに着目し、「磁場」に並ぶ新たな場としての「流れの場」を与えることで誘起される非相反電荷輸送現象を探索する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Supercurrents are dissipationless flows of superconducting electrons that break both time-reversal and space-inversion symmetries. Therefore, superconductors under supercurrent injection exhibit specific electromagnetic responses known as nonreciprocal transport phenomena, resulting from the symmetry breaking.
In this project, we investigated nonlinear optical responses of superconductors by observing the transmitted terahertz (THz) pulses for high-intensity and narrowband THz irradiations under three methods of supercurrent injection: (1) direct injection of a DC supercurrent, (2) dynamical induction of a transient current using THz pulses, and (3) static induction of a shielding current using weak magnetic fields.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
電流は一般に時間反転対称性を破る。通常の散逸的な電流においては、不可逆性（irreversibility）という意味で対称性が破れるが、超伝導電流の場合は、磁場と同様な平衡場の１種として、文字どおりの時間反転対称性（time-reversal symmetry）を破ると期待される。
本研究では、空間反転対称性が破れた物質が磁場下で発生する第２高調波発生が、超伝導電流存在下の超伝導体によっても発生することを実験的に示し、上記の解釈を提案した。加えて、光学測定時に超伝導電流を注入する手法を複数実証し、現在理論研究が進められている超伝導電流が誘起する相転移や特異な光学応答の測定に向けて道を拓いた。
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Report
(4 results)
Research Products
(12 results)
