高強度THzパルスを用いた非平衡BCS状態のコヒーレント制御

• 研究課題/領域番号: 25800175
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松永 隆佑 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50615309)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: テラヘルツ分光 / ヒッグスモード / 超伝導

研究成果の概要

高強度モノサイクルテラヘルツパルスによる超伝導状態の非断熱的励起という手法を初めて実現し、素粒子物理のヒッグス粒子に対応した超伝導秩序パラメーターの振動現象、いわゆるヒッグスモードを観測することに成功した。またギャップ周波数以下の狭帯域高強度テラヘルツ波を用いることで秩序パラメーターをテラヘルツパルスの2倍の周波数で強制振動させることに成功し、さらにこの駆動周波数とヒッグスモードの周波数が一致した時に共鳴が生じて巨大な第三高調波が発生することを発見した。これは線形応答では光と相互作用しないヒッグスモードを非線形応答領域で共鳴させることに成功した例として大きな注目を集めた。

研究成果

• [雑誌論文] Higgs amplitude mode in s-wave superconductors revealed by terahertz pump-terahertz probe spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Matsunaga and Ryo Shimano
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 9361 ページ: 93611D-93611D
  • DOI: 10.1117/12.2076142
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Light-induced collective pseudospin precession resonating with Higgs mode in a superconductor (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Matsunaga, Naoto Tsuji, Hiroyuki Fujita, Arata Sugioka, Kazumasa Makise, Yoshinori Uzawa, Hirotaka Terai, Zhen Wang, Hideo Aoki, and Ryo Shimano
  • 雑誌名: Science 巻: 345 号: 6201 ページ: 1145-1149
  • DOI: 10.1126/science.1254697
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Higgs Amplitude Mode in the BCS Superconductors Nb1-xTixN Induced by Terahertz Pulse Excitation (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Matsunaga, YI. Hamada, K. Makise, Y. Uzawa, Z. Wang, R. Shimano
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 111 号: 5 ページ: 57002-57002
  • DOI: 10.1103/physrevlett.111.057002
  • 査読あり
• [学会発表] YBa2Cu3O7薄膜におけるテラヘルツ非線形応答 (2015)
  • 著者名/発表者名: 濵田裕紀、富田圭祐、松永隆佑、島野亮
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 単層エピタキシャルグラフェンにおける非線形テラヘルツファラデー回転 (2015)
  • 著者名/発表者名: 湯本郷、松永隆佑、日比野浩樹、島野亮
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] テラヘルツ波を用いた超伝導体におけるヒッグスモードの研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松永隆佑
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] Higgs amplitude mode in s-wave superconductors revealed by terahertz pump-terahertz probe spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Matsunaga and Ryo Shimano
  • 学会等名: SPIE Photonics West OPTO: Ultrafast Phenomena and Nanophotonics XIX
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2015-02-10
  • 招待講演
• [学会発表] Nonlinear terahertz Faraday rotation in monolayer epitaxial graphene (2014)
  • 著者名/発表者名: Go Yumoto, Ryusuke Matsunaga, and Ryo Shimano
  • 学会等名: Fujihara Seminar: Real-time Dynamics of Physical Phenomena and Manipulation by External Fields
  • 発表場所: グランドホテルニュー王子（北海道苫小牧市）
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-27
• [学会発表] Development of Time-resolved Terahertz Near-field Microscope for Observing Ultrafast Spatiotemporal Dynamics in Solids (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki I. Hamada, Ryusuke Matsunaga, and Ryo Shimano
  • 学会等名: Fujihara Seminar: Real-time Dynamics of Physical Phenomena and Manipulation by External Fields
  • 発表場所: グランドホテルニュー王子（北海道苫小牧市）
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-27
• [学会発表] s波超伝導体NbTiNにおけるテラヘルツ波誘起ヒッグスモードのダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 松永隆佑、富田圭祐、濵田裕紀、島野亮
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] テラヘルツ波を用いた超伝導体中のヒッグスモードの研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松永隆佑
  • 学会等名: 応用物理学会テラヘルツ電磁波技術研究会若手研究者サマースクール
  • 発表場所: 竜宮城ホテル三日月（千葉県木更津 ）
  • 年月日: 2014-08-19
  • 招待講演
• [学会発表] Higgs Mode and Terahertz Nonlinear Optics in Superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryo Shimano, Ryusuke Matsunaga, Yuki Hamada, Arata Sugioka, Hiroyuki Fujita, Kazumasa Makise, Yoshinori Uzawa, Hirotaka Terai, Zhen Wang, Naoto Tsuji, and Hideo Aoki
  • 学会等名: 19th International Conference on Ultrafast Phenomena
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県宜野湾市
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] Collective pseudospin precession in a superconductor NbN driven by sub-gap THz electric fields (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Matsunaga, Naoto Tsuji, Hiroyuki Fujita, Arata Sugioka, Hideo Aoki, and Ryo Shimano
  • 学会等名: Low Energy Electrodynamics in Solids 2014
  • 発表場所: Loire Valley (France)
  • 年月日: 2014-06-30 – 2014-07-04
• [学会発表] 非断熱的テラヘルツパルス励起によるBCS超伝導体Nb1-xTixNにおけるヒッグスモードの観
  • 著者名/発表者名: 松永隆佑、濵田裕紀、牧瀬圭正、鵜澤佳徳、寺井弘高、王鎮、島野亮
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] Terahertz Pulse-Induced Higgs Mode in a BCS Superconductor Nb0.8Ti0.2N Film
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Matsunaga, Yuki I. Hamada, Kazumasa Makise, Yoshinori Uzawa, Hirotaka Terai, Zhen Wang, and Ryo Shimano
  • 学会等名: CLEO:2013
  • 発表場所: San Jose, USA
• [学会発表] Intense THz Pulse-Induced Higgs Amplitude Mode in a BCS Superconductor Nb1-xTixN Film
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Matsunaga, Yuki I. Hamada, Kazumasa Makise, Yoshinori Uzawa, Hirotaka Terai, Zhen Wang, and Ryo Shimano
  • 学会等名: The 38th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
  • 発表場所: Mainz, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] BCS状態におけるテラヘルツ波誘起ヒッグスモード
  • 著者名/発表者名: 松永隆佑
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 招待講演
• [学会発表] THzポンプ-THzプローブ分光を用いた非平衡BCS超伝導状態の超高速ダイナミクスの研究
  • 著者名/発表者名: 松永隆佑
  • 学会等名: 第2回先進的観測技術研究会
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構
  • 招待講演
• [備考] 超伝導体中の“ヒッグス粒子”の性質を解明
  • URL: http://www.crc.u-tokyo.ac.jp/press/1401.html