| 研究課題/領域番号 |
19H02621
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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, 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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 光渦 / トポロジカル光波 / 高温超伝導 / 光誘起相転移 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では光渦の空間特異性を超伝導に対する光誘起相制御として活用し、従来技術では実現困難な時空間で変調された準安定電子状態を創出するとともに、相制御のもたらす新規物性および新機能を開拓することを目的として研究を進めている。昨年度は研究計画の基盤となる空間特異性に起因する超伝導過渡応答変化をビスマス系高温超伝導体（Bi2212）試料に対して捉えることに成功し、超伝導相制御に対する光渦パルス適用の道筋を示すことができた。以下に研究成果をまとめる。
銅酸化物高温超伝導体Bi2212の超伝導相転移温度（Tc）以上には不完全なギャップ（擬ギャップ）が存在し、特徴的な空間特性が発現する。擬ギャップ構造は反強磁性相互作用の強い低キャリア濃度領域で空間不均一化を伴って発達するが、Bi置換による超伝導面外の秩序攪乱（ディスオーダー）を用いることにより制御可能であることが知られる。特に超伝導ギャップが最大となるオプティマルドープ試料では、Bi置換と過剰酸素制御との併用により、擬ギャップに対する空間不均一化の影響を選択的に調査できる。光渦パルスの空間特異性を相抑圧として活用するため、昨年度はBi置換量の異なるオプティマルドープ試料を準備し、時間分解ポンププローブ分光による過渡応答を系統的に調査した。実験結果からBi置換量に応じた擬ギャップおよび超伝導の超短パルス光誘起過渡応答緩和の温度特性および飽和強度特性の本質的な変化が観測され、空間不均一性にもとづく超伝導と擬ギャップとの相関制御の可能性を示すことができた。すなわち空間特異性にもとづく光誘起相制御への展開が示され、本研究の目指す超伝導相制御に対する光渦パルス適用の道筋を提示できた。
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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
光渦の空間特異性を超伝導に対する光誘起相制御として活用するため、空間特異性に起因する超伝導過渡応答変化をビスマス系高温超伝導体（Bi2212）試料に対して明らかにした。Bi置換により意図的に秩序擾乱を導入した試料を準備し、空間不均一化に応じた擬ギャップおよび超伝導の超短パルス光誘起過渡応答緩和の温度特性および飽和強度特性の本質的な変化（相関）を明らかにした。すなわち空間特異性にもとづく光誘起相制御への展開が示され、本研究の目指す超伝導相制御に対する光渦パルス適用の道筋を提示できた。あわせて典型的な非従来型超伝導体として有機超伝導体における量子ゆらぎの系統的観測にも成功し、超伝導秩序形成に対する空間不均一化の影響を普遍的に捉える準備も進めた。以上の進捗状況を踏まえ、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 |
昨年度は研究計画の基盤となる光誘起超伝導相抑圧とその応答検出をビスマス系高温超伝導体（Bi2212）試料に対して実施した。光渦パルスの空間特異性を相抑圧に対して活用するため、Bi置換により意図的に秩序擾乱を導入した試料を準備し、過渡応答特性の系統的変化を観測することに成功した。本成果を踏まえ、今後は光渦を相抑圧パルス（相制御パルス）として導入した3パルス型のポンププローブ分光を構築し、当該試料に対する超伝導相抑圧条件下の光渦励起測定を実施する。各試料の応答変化を系統的に観測し、相制御パルスの有無に対する変化、特に超伝導転移温度（Tc）近傍の量子ゆらぎを伴う応答変化に着目して解析を進める。相制御パルスの誘起する変化は光渦の暗点領域の面積に比例して減少するため、昨年度実績にもとづき、初期段階では超伝導応答の割合を意図的に高めて測定系の最適化を図る。検出感度が十分得られない場合、必要に応じて（A）偏光分解分光を用いた対称性変化にもとづく超伝導応答の選択、（B）光渦のカイラル変調にもとづく同期検出などの利用を検討する。結果を踏まえて光渦パルスの空間特異性を活用した相制御および時空間分解分光へと展開する。
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