| 研究課題/領域番号 |
23K23246
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01978 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
戸田 泰則 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00313106)
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| 研究分担者 |
小田 研 北海道大学, 理学研究院, 名誉教授 (70204211)
土屋 聡 北海道大学, 工学研究院, 助教 (80597633)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
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| キーワード | 特異点光波 / 光誘起相転移 / 超伝導 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光の高い時空間制御性を活用した、新しいタイプの光誘起電子状態制御を銅酸化物高温超伝導体に対して実現します。きわめて短時間に生じるリング状の強度分布を持つ光波（特異点光波）を使って超伝導をクエンチさせ、リング中心にクエンチされずに残るナノスケール超伝導を創出するとともに、その観測と制御をもとに超伝導の物性探索や機能開拓を進めます。
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| 研究実績の概要 |
本研究では特異点光波（光渦パルス）を物質の電子状態に対して空間的に高速制御する手段として活用し、超伝導体試料に対して光誘起のナノスケール超伝導を創出する。現在までに１）光誘起相転移を観測する分光手法（コヒーレントクエンチ分光）への特異点光波の適用、２）特異点周りの強度暗点に形成される局在超伝導の応答検出、および３）局在超伝導を用いた超伝導試料に対する空間イメージングを実現した。特異点光波のフルーエンス変化にもとづく超伝導応答の空間分布先鋭化が確認され、超伝導の非熱的相破壊（クエンチ）を反映する飽和特性を利用した超解像化を実証することができた。特に局在化超伝導サイズの適切な見積もりと物性解析に対する有効性を示すため、空間分解イメージングを用いて超伝導応答の時空間変化を系統的に調査した。具体的には強度暗点に形成される超伝導サイズの相破壊パルス強度に対する依存性、クエンチ後の経過時間に対する依存性を観測し、結果から、１）強度暗点に形成される局在超伝導のサイズが約100nmに到達すること、２）局在超伝導の存在時間はクエンチされた領域の超伝導回復時間（＜10ps）で決定されることを明らかにした。バルクの性質をもつ超伝導状態をナノスケールで観測・制御する手法は画期的であり、実際に超伝導応答の時空間分布を示すことで本手法が超伝導物性探索の強力なツールとなりうることを示すことができた。合わせて新機能開拓に対する本手法の有効性を示すため、高温超伝導体に特徴的に現れる擬ギャップと呼ばれる電子状態に対しても同様の光誘起局在化の実証実験に取り組んだ。プロセスフリーで電子状態の時空間制御を可能とする本手法の特徴を生かし、超伝導体特有の電子状態に対して非熱的空間変調にもとづく機能応用の道筋を開拓できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
現在までにコヒーレントクエンチ分光に対して特異点光波を適用し、特異点周りの強度暗点に形成される光誘起局在超伝導の応答検出と空間イメージングを実現した。また試料走査駆動系の最適化とヘリウム流量制御装置の導入により、イメージングに必要となる長時間測定の安定化を図ることに成功し、局在超伝導のサイズが100nmレベルに到達することを示すことができた。さらに銅酸化物高温超伝導体に特徴的に現れる擬ギャップと呼ばれる電子状態に着目し、局在化にもとづく機能応用の道筋を開拓できた。以上、立案当初の目標をほぼ達成していることから、本研究課題は順調に進んでいると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の推進方策として、（項目１）コヒーレントクエンチ分光（3パルスポンププローブ分光）に対する特異点光波の適用、（項目２）特異点周りの強度暗点に形成される光誘起超伝導の空間分布と応答特性の解明、（項目３）ナノスケール局在超伝導の創出と時空間イメージングによる物性および機能開拓を掲げている。現在までに全項目を実施し、銅酸化物高温超伝導体試料に存在する結晶欠陥周りの超伝導応答のイメージングに成功した。結果から局在超伝導のサイズは目標である100nmレベルに到達することを示すことができた。次年度は回折限界以下となる10nmオーダーの局在超伝導サイズの実現を目指し、（１）ナノスケール分解能を適切に評価するための手法開発、（２）装置のさらなる安定化、（３）クエンチ手法の改良と条件最適化を進める。合わせて機能開拓に対する本手法の有効性を示すため、高温超伝導体に特徴的に現れる擬ギャップと呼ばれる電子状態に着目する。プロセスフリーで電子状態の時空間制御を可能とする本手法の特徴を生かし、室温付近まで広がる擬ギャップ電子状態の非熱的空間変調にもとづく制御応用を実現する。
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