電流注入法による超伝導ヒッグスモードの観測方法の確立とその応用

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13496
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 中村 祥子 東京大学, 低温科学研究センター, 特任助教 (00726317)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 超伝導 / ヒッグスモード / 電流注入 / テラヘルツ / 光学伝導度

研究成果の概要

本研究では、直流の超伝導電流を流しながら超伝導エネルギーギャップの周辺の光学伝導度を測定するという、超伝導ヒッグスモードの新しい観測方法を確立した。
ヒッグスモードとは超伝導秩序変数の振幅の集団励起で、電気・磁気分極を伴わないので、一般には電磁波と線形に結合しない。しかし、超伝導体に直流電流を注入すれば、線形の光吸収として観測できることが理論的に予測されていた。そこで、超伝導薄膜に巨大な直流電流を注入しながらテラヘルツ伝導度測定を行い、理論予想が成り立つことを量的にも質的にも実証した。

自由記述の分野

物性物理学実験

研究成果の学術的意義や社会的意義

超伝導ヒッグスモードは、超伝導体における超伝導秩序の成長や抑制をピコ秒の超高速なタイムスケールで観測できるプローブである。
ヒッグスモードは電磁場との相互作用が非線形なので、通常は高強度の光源を用いて観測・駆動するが、本研究は、電流注入下なら線形の相互作用が実効的に現れるので、低強度の光源でも観測・駆動できることを示した。ヒッグスモードの対象を、高強度光源の実現が難しい周波数帯域にヒッグスモードが現れる物質系だけでなく、測定による擾乱が小さいことで、光誘起した過渡的または準安定な非平衡状態にも広げる重要な成果である。