フェムト秒レーザーによる超伝導電荷変調と新機能フォトニックデバイスの開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450146
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 斗内 政吉 大阪大学, 超伝導フォトニクス研究センター, 教授 (40207593)
• キーワード: 高温超伝導体 / フェムト秒レーザー / テラヘルツ電磁波 / 電荷ダイナミックス / 光磁束生成 / 光メモリー / 超高速光信号イメージング / ポンプ・プローブテラヘルツ

研究概要

フェムト秒レーザーによる超高速超伝導電流変調を実現することで、超伝導状態を維持したまま、超伝導ループや超伝導ストリップライン中に磁束量子を生成・制御を試みた。その結果、超伝導ループ中においては、その生成現象を観測するとともに、磁束量子数を定量的に評価することができた。様々な観測から、フェムト秒光パルスの強度や励起位置により、磁束量子の数量と極性が制御できることが示された。また、ストリップライン中においても同様な現象が観測され、これまでの超伝導理論では説明されない新しい現象としての磁束量子の光生成・制御に成功した。更に、単一フェムト秒光パルスによる磁束量子制御実験システムを設計・構築した。このシステムを用いて、磁束量子生成実験を行ったところ、単一フェムト秒光パルスによる磁束量子生成を確認した。その量子数は、パルス数に依存し、ある値で飽和現象を示した。この特性から、磁束量子の生成過程として、フェムト秒照射による超伝導電流変調モデルを提案し、定性的一致を得た。
この実験過程において、テラヘルツ電磁波イメージングによる磁束量子の定量的評価法を確立した。また、ファイバーレーザーを用いたコンパクト化を達成するとともに、後方散乱型システムを構築し、汎用化に成功した。
その他、YBCOジョセフソン接合からのテラヘルツ電磁波放射を観測し、また、ポンプ・プローブテラヘルツ電磁波放射により、高速電荷ダイナミクスのを観測した。

研究成果

• [文献書誌] M.Tonouchi: "Magnetic Flux Quanta in YBa_2Cu_3O_<7-δ> Thin-Film Loops Controlled by Femtosecond Optical Pulses"Japanese Journal of Applied Physics. 40・6A. L542-L544 (2001)
• [文献書誌] H.Saijo: "Terahertz Emission Properties from YBCO Thin Film Log-Periodic Antennas"Physica C. 362. 319-323 (2001)
• [文献書誌] T.Kiwa: "High Frequency Properties of YBCO Thin Films by Time-Domain Terahertz Spectroscopy"Physica C. 362. 314-318 (2001)
• [文献書誌] H.Wald: "Carrier Dynamics in YBa_2Cu_3O_<7-δ> Studied by Pump-Probe Terahertz Excitation"Physica C. 362. 324-328 (2001)
• [文献書誌] T.Yoshimura: "Terahertz Emission from YBa_2Cu_3O_<7-δ> Josephson Junctions Excited by Femtosecond Laser"Physica C. 362. 329-332 (2001)
• [文献書誌] H.Wald: "Carrier dynamics in HTS thin films investigated by THz pump-and-probe excitation"Physica C. 357-360. 454-456 (2001)
• [文献書誌] M.Tonouchi: "Magnetic Flux Generation in an YBCO Thin Film Loop with a Single Shot Femtosecond Optical Pulse"Physica C. 367. 37-40 (2002)
• [文献書誌] H.Murakami: "Optical response of BSCCO thin film in superconducting state"Physica C. 367. 317-321 (2002)
• [文献書誌] H.Murakami: "Time-domain terahertz spectroscopy of Bi2Sr2CaCu2O8+d thin film"Physica C. 367. 322-326 (2002)
• [文献書誌] Y.Tominari: "Preparation and picosecond optical response of Bi system high-Tc superconductors"Physica C. 367. 332-336 (2002)
• [文献書誌] T.Fukui: "Investigation of optical magnetic flux generation in Superconductive YBCO strip"IEICE Trans. Electron.. E85-C. (2002)
• [文献書誌] 斗内政吉: "超伝導体の極短光パルス応答と磁束量子制御"電子情報通信学会和文論文誌. J85-C. (2002)
• [文献書誌] M.Tonouchi: "Highly Efficient Terahertz Radiation from YBa_2Cu_3O_<7-δ> Thin Film Log-Periodic Antennas"Physica C. 357-360. 1600-1602 (2001)
• [文献書誌] M.Morimoto: "Fabrication of Superconductive Optical Flux Trap Memory Cell"Physica C. 375-360. 1607-1609 (2001)
• [文献書誌] A.Moto: "Temperature Dependence of Supercurrent Distribution in YBCO Thin Film Strips Observed by Terahertz Radiation Imaging"Physica C. 357-360. 1603-1606 (2001)
• [文献書誌] T.Fukui: "Distribution of Optically-Generated Vortices in YBCO Thin Film Strips"Physica C. 357-360. 454-456 (2001)
• [文献書誌] H.Wald: "Pump and Probe Terahertz Method to Investigate YBa_2Cu_3O_<7-δ> Thin Films"Physica C. 367. 308-316 (2002)
• [文献書誌] M.Tonouchi: "Vortex Penetration Effect on Supercurrent Distribution in YBCO Thin Film Strips"Physica C. 367. 33-36 (2002)