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

2014 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: 光物性 / 光誘起相転移 / ポンププローブ分光 / 高温超伝導体 / 擬ギャップ / 銅酸化物

研究実績の概要

本研究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、前年度は①偏光を組み合わせた光誘起相転移ダイナミクス観測から擬ギャップ転移温度以下で有為な異方性成分の存在、②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を見出した。擬ギャップ領域では、STM/STSを用いた電荷秩序やドメイン構造の存在が明らかにされており、①との関連性が示唆される。以上の知見をもとに、今年度は擬ギャップの起源を明らかにするため以下の2点について研究を進めた。
（１）ペアリングダイナミクスと位相コヒーレンスの関係性
（２）秩序形成ダイナミクスにおける相関スケール
高強度光パルス励起を用いると、瞬時的な相蒸発に伴う秩序形成ダイナミクスが観測されるが、（１）ではペアリングダイナミクスを反映した超伝導準粒子の選択的な相蒸発が確認され、転移温度前後のクーパー対形成時間を正確に見積もることが可能となった。測定結果から振幅と位相コヒーレンスが独立した異なる時間スケールを有していることが示された。さらに（２）では瞬時的な相抑制を通してコヒーレントな擬ギャップ形成ダイナミクスの観測に成功し、系統的な測定結果からBi2212試料において臨界緩和が存在しないこと、すなわち擬ギャップは集団的電子秩序を起源とするのではなくモットギャップ的な局在状態であることが示された。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Evidence for carrier localisation in the pseudogap state of cuprate superconductors from coherent quench experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: I. Madan, T. Kurosawa, Y. Toda, M. Oda, T. Mertelj, P. Kusar and D. Mihailovic
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 6 ページ: 6958-1-6
  • DOI: 10.1038/ncomms7958
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rotational symmetry breaking in Bi2Sr2CaCu2O8+δ 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: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 094513-1--5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.094513
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Separating pairing from quantum phase coherence dynamics above the superconducting transition by femtosecond spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Madan, T. Kurosawa, Y. Toda, M. Oda, T. Mertelj, P. Kusar and D. Mihailovic
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 4 ページ: 5656
  • DOI: 10.1038/srep05656
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unified understanding of the electron-phonon coupling strength for nanocarbon allotropes (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ono, Y. Toda, and J. Onoe
  • 雑誌名: Phys. Rev. B. 90 巻: 90 ページ: 155435-1--5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.155435
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Time-resolved polarimetry for quasi-particle dynamics in Bi2212 (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, D. Mihailovic
  • 学会等名: 10th International Conference on New Theories, Discoveries, and Applications of Superconductors and Related Materials, New3SC-10
  • 発表場所: Chongqing, China
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-29
  • 招待講演
• [学会発表] 2次元層状化合物DyTe3における光誘起準粒子ダイナミクスのプローブ偏光特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 土屋聡，菅原悠太，丹田聡，戸田泰則
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-18 – 2014-09-21
• [学会発表] Bi2Sr2CaCu2O8+dのノード・アンチノード対称性にもとづく光誘起準粒子ダ イナミックスの選択的観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡辺健太，土屋 聡，戸田泰則，板垣征一朗，黒澤 徹，小田 研
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Polarized femtosecond spectroscopy for quasiparticle dynamics associated with symmetry breaking in Bi2Sr2CaCu2O8+d (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, D. Mihailovic
  • 学会等名: 5th International Conference on Photo Induced Phase Transitions and Cooperative Phenomena (PIPT5)
  • 発表場所: Hotel Golf, Bled, Slovenia
  • 年月日: 2014-06-08 – 2014-06-13
  • 招待講演
• [学会発表] Femtosecond pump-probe spectroscopy for a charge-density-wave system of DyTe3 resolved by the probe polarization (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Tsuchiya, Yuta Sugawara, Satoshi Tanda, Yasunori Toda
  • 学会等名: 5th International Conference on Photo Induced Phase Transitions and Cooperative Phenomena(PIPT5)
  • 発表場所: Hotel Golf, Bled, Slovenia
  • 年月日: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [図書] Laser Spectroscopy Using Topological Light Beams (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Toda and R. Morita
  • 総ページ数: 35
  • 出版者: Springer Series in Progress in Nanophotonics