軟X線レーザー角度分解光電子分光法・テラヘルツ分光法による光誘起超伝導の研究

• 研究課題/領域番号: 18K13498
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鈴木 剛 東京大学, 物性研究所, 助教 (30815915)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 光誘起相転移 / 超伝導 / 量子物質 / 超高速現象 / 非平衡状態 / 鉄系超伝導体 / 光物性 / 光誘起超伝導 / 軟X線レーザー角度分解光電子分光法 / テラヘルツ分光法

研究成果の概要

本研究では、光励起後に現れる新奇な相を調べるために、高温超伝導体をはじめとする量子物質を対象として、高次高調波光電子分光法及びテラヘルツ時間領域分光法を用いて研究してきた。
その結果、鉄系超伝導体FeSeにおける光誘起超伝導状態の発見、励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5における光誘起金属状態の発見、そして、準結晶二層グラフェンにおける超高速キャリア不均衡の発見をすることに成功した。
これらの成果は、当該研究期間を通じて、主著４本を含む学術雑誌７本の出版と、招待講演１つとポスター賞１つを含む国際学術会議４つでの発表、及び、登壇者としては国内学術会議６つでの発表として、収めることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で見出された、光励起後に表れる量子物質での新奇な相や状態は、次世代の電気光デバイスの開発においても大変重要な知見をもたらすことを見出し、特に以下の３つの研究については、プレスリリースにより発表した。
鉄系超伝導体FeSeにおける光誘起超伝導の発現は、太陽電池や電子回路に取り入れることで発熱を抑え、将来のエネルギー問題解決への糸口になることを示した。また、励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5における光誘起金属状態の発見は、次世代の光スイッチング素子としての可能性を提示した。さらに、準結晶二層グラフェンにおける超高速キャリア不均衡の発見は、超高速電圧素子としての可能性を提示することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Symmetry-breaking and spin-blockage effects on carrier dynamics in single-layer tungsten diselenide (2019)
  • 著者名/発表者名: Ro-Ya Liu, Meng-Kai Lin, Peng Chen, Takeshi Suzuki, Pip C. J. Clark, Nathan Lewis, Cephise Cacho, Emma Springate, Chia-Seng Chang, Kozo Okazaki, Wendy Flavell*, Iwao Matsuda*, Tai-Chang Chiang*
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 100 号: 21 ページ: 214309-214309
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.214309
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrafast Unbalanced Electron Distributions in Quasicrystalline 30° Twisted Bilayer Graphene (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Suzuki*, Takushi Iimori, Sung Joon Ahn, Yuhao Zhao, Mari Watanabe, Jiadi Xu, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Kento Suwa, Hirokazu Fukidome, Satoru Tanaka, Joung Real Ahn, Kozo Okazaki, Shik Shin, Fumio Komori*, Iwao Matsuda*
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 13 号: 10 ページ: 11981-11987
  • DOI: 10.1021/acsnano.9b06091
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photo-induced possible superconducting state with long-lived disproportionate band filling in FeSe (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Suzuki*, Takashi Someya, Takahiro Hashimoto, Shoya Michimae, Mari Watanabe, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Shigeru Kasahara, Yuji Matsuda, Takasada Shibauchi, Kozo Okazaki*, and Shik Shin*
  • 雑誌名: Commun. Phys. 巻: 2 号: 1 ページ: 115-115
  • DOI: 10.1038/s42005-019-0219-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detuning dependence of Rabi oscillations in an InAs self-assembled quantum dot ensemble (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, R. Singh, M. Bayer, A. Ludwig, A. D. Wieck, and S. T. Cundiff
  • 雑誌名: Physical Review B (Rapid Communications) 巻: 97 号: 16 ページ: 161301-161301
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.161301
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photo-induced semimetallic states realized in electron-hole coupled insulators (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Okazaki, Y. Ogawa, T. Suzuki, T. Yamamoto, T. Someya, S. Michimae, M. Watanabe, Y -F. Lu, M. Nohara, H. Tagkagi, N. Katayama, H. Sawa, M. Fujisawa, T. Kanai, N. Ishii, J. Itatani, T. Mizokawa, and S. Shin
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 4322-4322
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dephasing of InAs quantum dot p-shell excitons studied using two-dimensional coherent spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: 1T. Suzuki, R. Singh, G. Moody, M. Assmann, M. Bayer, A. Ludwig, A. D. Wieck, and S. T. Cundiff
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 19 ページ: 195304-195304
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.195304
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 時間分解X線回折によるBaFe2As2における 超高速格子変調ダイナミクスの観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 剛, 久保田 雄也, 下志万 貴博, 中村 飛鳥, 田久保 耕, 伊藤 俊, 山本 航平, 道前 翔矢, 佐藤 光, 平松 秀典, 細野 秀雄, 富樫 格, 矢橋 牧名, 和達 大樹, 松田 巌, 辛 埴, 岡﨑 浩三
  • 学会等名: 第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] Ultrafast carrier dynamics in a twisted bilayer graphene quasicrystal studied by time- and angle-resolved photoemission spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Suzuki
  • 学会等名: The 81st Okazaki Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast Carrier Dynamics in a Twisted Bilayer Graphene Quasicrystal (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, T. Iimori, S. J. Ahn, Z. Yuhao, M. Watanabe, J. Xu, M. Fujisawa, T. Kanai, N. Ishii, J. Itatani, K. Suwa, H. Fukidome, S. Tanaka, J. R. Ahn, K. Okazaki, S. Shin, F. Komori, and I. Matsuda
  • 学会等名: The 11-th International Symposium on Ultrafast Surface Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Time-resolved ARPES study on Ta2NiSe5 (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, Y. Shinohara, Y. Lu, M. Watanabe, J. Xu, H. Takagi, M. Nohara, N. Katayama, H. Sawa, M. Fujisawa, T. Kanai, N. Ishii, J. Itatani, T. Mizokawa, K. L. Ishikawa, K. Okazaki, and S. Shin
  • 学会等名: Spectroscopies in Novel Superconductors 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 時間分解光電子分光法による準結晶ねじれ二層グラフェン における超高速キャリアダイナミクスの研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 剛, 飯森 拓嗣, Sung Joon Ahn, 趙 宇豪, 渡邉 真莉，徐 佳笛, 藤澤 正美, 金井 輝人, 石井 順久, 板谷 治郎, 諏訪 健斗, 吹留 博一, 田中 悟, Joung Real Ahn, 岡﨑 浩三, 辛 埴, 小森 文夫, 松田 巌
  • 学会等名: 2019年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] 周波数領域角度分解光電子分光法による Ta2NiSe5における光誘起絶縁体金属転移の研究（実験） (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 剛, 篠原 康, 魯 楊帆, 渡邉 真莉，徐 佳笛, 高木 英典, 野原 実, 片山 尚幸, 澤 博, 藤澤 正美, 金井 輝人, 石井 順久, 板谷 治郎, 溝川 貴司, 石川 顕一, 岡﨑 浩三, 辛 埴
  • 学会等名: 2019年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] HHG-laser Time-resolved ARPES study on 1T-TiSe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Jiadi Xu, Takeshi Suzuki, Mari Watanabe, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Shik Shin, Kozo Okazaki
  • 学会等名: 2019年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] 励起子絶縁体 Ta2Ni1-xCoxSe5の時間分解光電子分光 (2019)
  • 著者名/発表者名: 密岡 拓心, 鈴木 剛, 渡邉 真莉, 藤澤 正美, 金井 輝人, 石井 順久, 板谷 治郎, 岡崎 浩三 , 辛 埴, 野原 実, 片山 尚幸,澤 博,魯 楊帆,高木 英典, 溝川 貴司
  • 学会等名: 2019年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] 時間分解角度分解光電子分光による Si(111)基板上Cu2Si層の電子状態の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂本 実可子, 鈴木 剛, 辻川 夕貴, 濱田 雅史, 佐藤 祐輔, 徐 佳笛, 任 千慧, 岡﨑 浩三, 辛 埴, 松田 巌, 高山 あかり
  • 学会等名: 2019年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] Time-resolved ARPES study on Ta2NiSe5 (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, M. Watanabe, Y. F. Lu, M. Nohara, H. Takagi, N. Katayama, H. Sawa, M. Fujisawa, T. Kanai, N. Ishii, J. Itatani, T. Mizokawa, K. Okazaki, and S. Shin
  • 学会等名: TASPEC (International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science)
  • 国際学会
• [学会発表] 二次元コヒーレント分光法によるInAs量子ドットにおけるp-shell励起子の位相緩和機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木剛、Rohan Singh、Galan Moody、 Marc Assmann、Manfred Beyer、Arne Ludwig、Andreas Wieck、Steven T. Cundiff
  • 学会等名: 2018年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] 高次高調波レーザー時間分解光電子分光法によるTa2NiSe5のコヒーレントフォノン観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木剛、渡邉真莉、魯楊帆、野原実、高木英典、片山尚幸、澤博、藤澤正美、金井輝人、石井順久、板谷治郎、溝川貴司、辛埴、岡﨑浩三
  • 学会等名: 2018年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] 時間分解X線回折によるBaFe2As2における超高速格子変調ダイナミクスの観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木剛、久保田雄也、下志万貴博、中村飛鳥、田久保耕、伊藤俊、山本航平、道前翔矢、平松秀典、細野秀雄、富樫格、矢橋牧名、和達大樹、松田巌、岡﨑浩三、辛埴
  • 学会等名: 2018年日本物理学会第74回年次大会