ビスマス系高温超伝導体における光誘起超伝導相転移ダイナミクスの研究

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24340063
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 戸田 泰則 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00313106)
• 研究分担者: 小田 研 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70204211)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 光誘起超伝導相転移 / ポンププローブ分光 / 高温超伝導体 / 擬ギャップ

研究概要

本研究ではビスマス系高温超伝導体(Bi2212)の光誘起超伝導相転移ダイナミクスから擬ギャップ(PG)準粒子と超伝導(SC)準粒子の関係性を明らかにすることを目的としている。提案した研究計画にもとづき、前年度までに
(A)選択的ポンププローブ分光による準粒子ダイナミクスの系統的調査、
(B)SC飽和励起を用いた光誘起相転移ダイナミクス(PISC)観測
(C)光誘起相転移の時空間ダイナミクス検出
の項目を遂行した。項目Aではホール濃度の異なる3つの試料に対して選択的ポンププローブ分光を行い、その解析にもとづいたPISC観測（項目B）を実現した。その結果、従来確立したPISCモデル解析の妥当性の確認に加え、新たに超伝導相転移温度以上で発現するペアリングダイナミクス（超伝導ゆらぎ）の存在を明らかにした。このダイナミクスはアンダードープ(UD)試料で顕著であり、今後PGとの相関や試料のドープ濃度依存性について解析を進める。さらに今年度の重要な成果として、偏光を組み合わせたPISC観測（項目C）から、対称性破れにもとづくSCとPGの異方的ダイナミクス検出を実現し、その結果をラマン対称性と関連づけることに成功した。PISCの引き起こす対称性破れは、PGの発現する温度以下で生じ、その温度特性とラマン対称性から電荷秩序やストライプ構造と関連付けることができる。また準粒子ダイナミクスを対称性破れと関連づけられたことは、SCとPG準粒子の相関ダイナミクスを明らかにする研究目標に対して大きく前進したと考える。

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

光誘起相転移ダイナミクスから、対称性破れにもとづく超伝導と擬ギャップ準粒子の異方的ダイナミクス検出を実現し、その結果をラマン対称性と関連づけることに成功した。観測結果は、擬ギャップ形成温度以下の対称性変化を明示しており、電荷秩序やストライプ構造と関連付けることができる。このように準粒子ダイナミクスを対称性破れと関連づけられたことは、SCとPG準粒子の相関ダイナミクスを明らかにする研究目標に対して大きく前進したと考える。

今後の研究の推進方策

対称性破れに起因する光誘起相転移ダイナミクスの理解を踏まえて、本年度は各準粒子に起因する異方的対称性破れ成分の相関ダイナミクス観測、さらに制御パルスを組み合わせた光誘起相転移制御の実現を目指す。

次年度の研究費の使用計画

研究遂行上必要となった物品の納期が年度をまたぐため、次年度使用額として計上した。
すでに発注を済ませて次年度早々に納入予定であり、研究計画に支障はない。

研究成果

• [雑誌論文] Dynamics of broken symmetry nodal and anti-nodal excitations in Bi_{2} Sr_{2} CaCu_{2} O_{8+\delta} probed by polarized femtosecond spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Toda, F. Kawanokami, T. Kurosawa, M. Oda, I. Madan, T. Mertelj, V. V. Kabanov, D. Mihailovic
  • 雑誌名: cond-mat.supr-con 巻: arXiv:1311.4719 ページ: submit
• [雑誌論文] Strain-Induced Enhancement of the Electron Energy Relaxation in Strongly Correlated Superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Gadermaier, V.V. Kabanov, A.S. Alexandrov, L. Stojchevska, T. Mertelj, C. Manzoni, G. Cerullo, N.D. Zhigadlo, J. Karpinski, Y.Q. Cai, X. Yao, Y. Toda, M. Oda, S. Sugai, and D. Mihailovic
  • 雑誌名: Phys. Rev. X 巻: 4 ページ: 011056
  • DOI: 10.1103/PhysRevX.4.011056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of pseudogap on photoinduced superconducting phase transition in underdoped Bi2212 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Toda, T. Mertelj, P. Kusar, T. Kurosawa, M. Oda, M. Ido, D. Mihailovic
  • 雑誌名: Physica C 巻: 493 ページ: 112-113
  • DOI: 10.1016/j.physc.2013.03.041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation and Interpretation of Carrier Dynamics of Molecular Magnetic Superconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Naito, S. Matsuo, T. Inabe, Y. Toda
  • 雑誌名: J. Supercond. Nov. Magn. 巻: 26 ページ: 1679-1682
  • DOI: 10.1007/s10948-012-2007-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revealing the anomalous nonequilibrium carrier relaxation dynamics in C60-related materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Shota Ono, Hiroyuki Shima, and Yasunori Toda
  • 雑誌名: Trans. Mater. Res. Soc. Jpn. 巻: 38 ページ: 283-286
  • DOI: 10.14723/tmrsj.38.283
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Laguerre-Gaussian mode conversion for orbital angular momentum resolved spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Toda, K. Shigematsu, K. Yamane, R. Morita
  • 雑誌名: Opt. Commun. 巻: 308 ページ: 147-151
  • DOI: 10.1016/j.optcom.2013.05.050
  • 査読あり
• [学会発表] Polarized femtosecond spectroscopy for quasiparticle dynamics associated with symmetry breaking in Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+\delta} (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Toda, K. Watanabe, S. Tsuchiya, T. Kurosawa, M. Oda, T. Mertelj, I. Madan, V. V. Kabanov, and D. Mihailovic
  • 学会等名: 5th International Conference on Photoinduced Phase Transitions and Cooperative Phenomena
  • 発表場所: Hotel Golf, Bled (Slovenia)
  • 年月日: 20140608-20140613
  • 招待講演
• [学会発表] オーバードープ高温超伝導体(Bi2212)の光誘起超伝導相転移における準粒子ダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 川之上 史篤, 土屋 聡, 戸田 泰則, 板垣 征一朗, 黒澤 徹, 小田 研, 伊土 政幸
  • 学会等名: 第49回応用物理学会北海道支部／第10回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 20131209-20131210
• [学会発表] OD-Bi2212の光誘起超伝導相転移における準粒子ダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 川之上史篤，戸田泰則，板垣征一朗，黒澤徹，小田研，伊土政幸
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島市）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [備考] 研究活動
  • URL: http://renault-ap.eng.hokudai.ac.jp/Research.html