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超伝導渦糸系における非平衡相転移の探究と固体力学への適用

研究課題

研究課題/領域番号 20J21425
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

前垣内 舜  東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード非平衡相転移 / 超伝導渦糸 / 可逆不可逆転移 / 走査型トンネル分光法 / hyperuniform / 動的秩序化転移 / モードロック共鳴法 / Kibble-Zurek機構 / 非平衡ダイナミクス / 動的秩序化
研究開始時の研究の概要

第2種超伝導体中の量子化磁束(渦糸)は, 互いに斥力を及ぼし合う多粒子系とみなすことができる。渦糸系はその制御性と再現性の高さから, 多粒子系の非平衡現象, 非平衡相転移を調べるための格好の実験系となる。本研究では, 渦糸の平均的な運動状態を観測する従来の輸送現象測定に加え, 走査トンネル分光法による渦糸運動の微視的な実空間観察を同時に行える世界初の渦糸ダイナミクス観察装置を構築する。この測定手法を用いて非平衡相転移に伴う粒子配置変化を解明することで, 非平衡物理学の発展に貢献する。また渦糸固体状態で得られた知見を固体力学に適用することで応用分野への波及を目指す。

研究実績の概要

令和4年度は, 交流駆動によって起こる可逆不可逆転移(RIT)に加え, 直流駆動によって起こる動的秩序化転移についての実験も行った。
まずRITについては, 走査型トンネル分光測定で得られた交流駆動後の渦糸像に対してドロネ―解析を行い, RIT転移点近傍における渦糸配置の秩序度の変化を格子性の観点から調べた。その結果, RIT転移点に近づくと, 乱れを残しつつも格子性が増すことがわかった。また乱れを含む秩序構造の分類法として知られるhyperuniform性を評価するために密度分散と構造因子を計算し, 駆動された渦糸系におけるhyperuniform構造の検出に初めて成功した。
次に動的秩序化転移について, 特に乱れたプラスチックフローから異方的に(横方向にのみ)秩序を持つスメクチックフローへの変化を検出するために, x軸とy軸の両方向に駆動力を印加できる十字型の試料を考案し, 作製した。2段階緩和測定法, 横モードロック共鳴法および横電流電圧測定法という輸送現象測定法を独自に開発し, スメクチックフローの明確な検出と動的秩序化現象が2次の非平衡相転移であることの実証に成功した。以上の成果はPhysical Review Research誌に掲載された。
最後に, 動的秩序化転移におけるKibble-Zurek(KZ)機構を調べた。これまでのKZ機構の実証実験は平衡相転移に限られており, 本研究により初めて非平衡相転移にも適用可能であることが示された。固体力学への応用としては, 物質材料中の欠陥密度をKZ機構によって制御するという展開が考えられる。本成果の適用によって, 従来の温度に加え, 外力という新たな変数を利用した物質材料作製が期待される。以上の成果はPhysical Review Letters誌に掲載され, 同誌のEditors' suggestionに選出された。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Kibble-Zurek Mechanism for Dynamical Ordering in a Driven Vortex System2022

    • 著者名/発表者名
      Maegochi S.、Ienaga K.、Okuma S.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 129 号: 22

    • DOI

      10.1103/physrevlett.129.227001

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Moving smectic phase and transverse mode locking in driven vortex matter2022

    • 著者名/発表者名
      Maegochi S.、Ienaga K.、Okuma S.
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.033085

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Critical behavior of nonequilibrium depinning transitions for vortices driven by current and vortex density2022

    • 著者名/発表者名
      Kaji T.、Maegochi S.、Ienaga K.、Kaneko S.、Okuma S.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-022-05504-4

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Critical behavior of density-driven and shear-driven reversible?irreversible transitions in cyclically sheared vortices2021

    • 著者名/発表者名
      Maegochi S.、Ienaga K.、Okuma S.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-021-98959-w

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of the velocity on the reversible-irreversible transition in a periodically sheared vortex system2021

    • 著者名/発表者名
      Miyagawa K、Maegochi S、Ienaga K、Kaneko S、Okuma S
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1975 号: 1 ページ: 012002-012002

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1975/1/012002

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 超伝導渦の動的秩序化におけるKibble-Zurek機構2023

    • 著者名/発表者名
      前垣内舜, 家永紘一郎, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 渦糸系が拓く非平衡物理学:レオロジーから非平衡KZ 機構まで2022

    • 著者名/発表者名
      大熊哲, 前垣内舜, 家永紘一郎
    • 学会等名
      第28回渦糸物理ワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 横ディピニング転移に対するスケーリング解析2022

    • 著者名/発表者名
      前垣内舜, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 交流重畳による渦糸系の流動化制御2022

    • 著者名/発表者名
      前垣内舜, 中井康太, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 交差駆動渦糸系を用いた直流フローの動的相図2022

    • 著者名/発表者名
      名取透吾, 前垣内舜, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      第28回渦糸物理ワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 可逆不可逆転移と渦糸配置2022

    • 著者名/発表者名
      竹腰直樹, 前垣内舜, 三宅健太郎, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      第28回渦糸物理ワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 渦糸の動的秩序化におけるKibble-Zurek 機構:普遍性の検証2022

    • 著者名/発表者名
      海老原鯛壱, 前垣内舜, 家永紘一郎, 大熊哲
    • 学会等名
      第28回渦糸物理ワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Moving smectic phase detected by transverse mode locking in driven vortices2022

    • 著者名/発表者名
      S. Maegochi, K. Ienaga, and S. Okuma
    • 学会等名
      The 29th International Conference on LOW TEMPERATURE PHYSICS (LT29)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超伝導渦糸系における横ディピニング転移2022

    • 著者名/発表者名
      前垣内舜, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導渦糸系における横モードロック共鳴2021

    • 著者名/発表者名
      前垣内舜, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 交差駆動渦糸系を用いた動的渦糸相図の作成2021

    • 著者名/発表者名
      名取透吾, 前垣内舜, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 可逆不可逆転移に伴う渦糸配置の変化2021

    • 著者名/発表者名
      竹腰直樹, 前垣内舜, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Observation of two reversible regimes in cyclically sheared vortices2021

    • 著者名/発表者名
      S. Maegochi, K. Ienaga, and S. Okuma
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multiband properties of dc vortex-flow resistivity in epitaxially grown MgB2 films probed by pulsed current measurements2021

    • 著者名/発表者名
      R. Ueno, K. Ienaga, S. Maegochi, H. Shishido, and S. Okuma
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 交差駆動渦糸系における方向メモリー効果2021

    • 著者名/発表者名
      前垣内舜, 三宅健太郎, 名取透吾, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導渦糸系における可逆不可逆転移とポテンシャルエネルギー地形2020

    • 著者名/発表者名
      宮川聖, 前垣内舜, 家永紘一郎, 金子真一, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] SeドープしたZrTe3の渦糸状態2020

    • 著者名/発表者名
      前垣内舜, 宮川聖, 家永紘一郎, 金子真一, 小林天, 坂田英明, 大熊哲
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Irreversibility transition caused by increased shear amplitude and vortex density2020

    • 著者名/発表者名
      S. Maegochi, K. Ienaga, K. Miyagawa, S. Kaneko, and S. Okuma
    • 学会等名
      The 33rd International Symposium on Superconductivity (ISS2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of the velocity on the reversible-irreversible transition in a periodically sheared vortex system2020

    • 著者名/発表者名
      S. Maegochi, K. Miyagawa, K. Ienaga, S. Kaneko, and S. Okuma
    • 学会等名
      The 33rd International Symposium on Superconductivity (ISS2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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