研究課題
基盤研究(A)
近年、これまで全く考えられなかった新しい概念を持った超伝導体が出現している。「光誘起超伝導」と「トポロジカル超伝導体」である。その結果、加速器や宇宙線で観測されていた素粒子が、固体内でも観測し、研究することが可能になった。前者は、超短パルスレーザー光で生成した超伝導のヒッグス粒子が観測されることにより、光誘起超伝導のメカニズムを明らかにする可能性を追求する。一方、後者は、極限まで微小エネルギーを計測する角度分解光電子分光（ARPES)が可能になったことにより、素粒子では発見されていないマヨラナ粒子が固体内で発見される可能性がある。これらの研究を進めるために、最先端レーザー光電子分光を行う。
近年、全く新しい概念を持った超伝導体が出現してきた。光誘起超伝導とトポロジカル超伝導体である。前者は、超短パルスレーザー光で生成した超伝導のヒッグス粒子が観測されることにより、光誘起超伝導のメカニズムを明らかにする事が出来る。一方、後者は、極限まで微小エネルギーを計測するARPESが可能になったことにより、素粒子では発見されていないマヨラナ粒子が固体内で発見される可能性が出てきた。本研究では、これまで築いた現有のレーザー光電子分光の装置（レーザー超高分解能極低温光電子分光装置とレーザー時間分解光電子分光装置）を有効に活用し、最大限に成果を上げるよう光誘起超伝導とトポロジカル超伝導の研究を行う。（１）レーザー超高分解能極低温光電子分光においては、すでに発見したトポロジカル超伝導体の研究をさらに深め、ほかにも同様なトポロジカル超伝導体がないかの探索を続ける。さらに、光電子顕微鏡（PEEM)を用いて、超伝導体のメゾスコピックな電子構造の研究を始める。（２）レーザー時間分解光電子分光においては、すでに我々は鉄系超伝導体の母物質において初めて、光誘起超伝導の兆しを発見している。これらの研究をさらに発展させ、光誘起超伝導が確実に起きているかどうかを検証するために、特に、ポンプ光の近赤外光やテラヘルツ光の開発を行い、特定のフォノンを励起できるように時間分解光電子分光装置の改造を行う。また、鉄系以外にも光誘起超伝導を起こす物質がないかどうか物質探索も更に行う。この二つの光電子分光装置は、全国共同利用を通じて、様々な共同利用者の知恵を借り、新奇物質の開発や新奇物性の開発も行う。
1: 当初の計画以上に進展している
（１）これまで継続的に開発を行っているレーザー超高分解能極低温光電子分光を用いて、鉄系超伝導体や超伝導体表面に存在するトポロジカル物質表面に発現するトポロジカル超伝導の研究を更に深化させた。またレーザー光電子顕微鏡（レーザーPEEM）を用いて、鉄系超伝導体におけるメゾスコピック領域の電子秩序（ネマティック相）の直接観察に成功した。・Discovery of mesoscopic nematicity wave in iron-based superconductors, T. Shimojima et al., Science 373, 1122 (2021)（２）レーザー時間分解光電子分光においては、世界でもまれな共同利用ができる中赤外、テラヘルツ光励起の時間分解光電子分光の開発を行い、論文リストに記載されているように、多くの研究者と時間分解光電子分光装置の様々な共同利用を行った。また自由電子レーザーを用いた研究も実施。その結果、鉄系超伝導関係物質にとどまらずナノ物質の光誘起相転移の研究にて新規物性の発見に成功した。・HHG-laser-based time- and angle-resolved photoemission spectroscopy of quantum materials, T. Suzuki et al., J. Electron Spectrosc. Rel. Phenom. 251, 147105 (2021)・Ultrafast optical stress on BaFe2As2, T. Suzuki et al., Phys. Rev. Res. 3, 033222 (2021)
本研究では、これまで築いた現有のレーザー光電子分光の装置（レーザー超高分解能極低温光電子分光装置とレーザー時間分解光電子分光装置）を有効に活用し、最大限に成果を上げるよう光誘起超伝導とトポロジカル超伝導の研究を行う予定である。（１）行っているレーザー超高分解能極低温光電子分光は順調に成果を出しているので、このまま、更に深化させる予定である。また高い空間分解能を有するレーザー光電子分光が鉄系超伝導体の電子秩序を探るのに非常に強力なツールとなることが分かったので、この手法を用いて様々な超伝導物質の電子秩序を解明していく。（２）レーザー時間分解光電子分光においては、世界でもまれな共同利用ができる中赤外、テラヘルツ光励起時間分解光電子分光装置を用いて、共同利用を通じて鉄系超伝導関係物質や鉄系以外の光誘起相転移の研究を引き続き行う。これには自由電子レーザーを含めた様々なプローブも駆使して進めていく。
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すべて 雑誌論文 (23件) (うち国際共著 17件、 査読あり 23件、 オープンアクセス 13件) 学会発表 (42件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)
Phys. Rev. B
巻: 105 号: 12
10.1103/physrevb.105.l121106
巻: 105 号: 8 ページ: 085421-085421
10.1103/physrevb.105.085421
Nat. Mater.
巻: 21 号: 4 ページ: 410-410
10.1038/s41563-021-01188-9
Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena
巻: 251 ページ: 147105-147105
10.1016/j.elspec.2021.147105
巻: 104 号: 18
10.1103/physrevb.104.l180409
Nature Communications
巻: 12 号: 1 ページ: 1462-1462
10.1038/s41467-021-21642-1
Physical Review Research
巻: 3 号: 3 ページ: 033222-033222
10.1103/physrevresearch.3.033222
Science
巻: 373 号: 6559 ページ: 1122-1125
10.1126/science.abd6701
Nature Materials
巻: 20 号: 8 ページ: 1093-1099
10.1038/s41563-021-01004-4
巻: 20 号: 4 ページ: 473-479
10.1038/s41563-020-00871-7
巻: 12 号: 1 ページ: 406-406
10.1038/s41467-020-20564-8
Physical Review B
巻: 103 号: 12 ページ: 1-10
10.1103/physrevb.103.l121105
Phys. Rev. Lett.
巻: 124 号: 13 ページ: 136404-136409
10.1103/physrevlett.124.136404
巻: 11 号: 1 ページ: 2888-2888
10.1038/s41467-020-16707-6
Physical Review Letters
巻: 124 号: 23 ページ: 236402-236402
10.1103/physrevlett.124.236402
巻: 369 号: 6505 ページ: 833-838
10.1126/science.aay7311
Sci. Adv.
巻: 6 号: 45
10.1126/sciadv.abb9052
巻: 11 号: 1
10.1038/s41467-020-19487-1
Journal of the Physical Society of Japan
巻: 89 号: 12 ページ: 124703-124703
10.7566/jpsj.89.124703
Commun. Phys.
巻: 2 号: 1 ページ: 115-115
10.1038/s42005-019-0219-4
Scientific Reports
巻: 9 号: 1 ページ: 16418-16418
10.1038/s41598-019-52887-y
ACS Nano
巻: 13 号: 10 ページ: 11981-11987
10.1021/acsnano.9b06091
巻: 100 号: 5 ページ: 054517-054517
10.1103/physrevb.100.054517
