| 研究課題/領域番号 |
25287084
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
大熊 哲 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (50194105)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 渦糸 / 非平衡ダイナミクス / 量子相転移 / 動的相転移 / 超伝導絶縁体転移 |
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| 研究実績の概要 |
平成25年度に構築したパルス波を用いたモードロック法を3次元アモルファス超伝導膜に適用することにより, 絶対零度近傍の0.1 Kにおいて, 高速駆動され実効的ピン止めがゼロの極限での渦糸格子の動的量子融解転移の観測に成功した。この転移点は, これまでディピニング電流のピークから得られた静的な渦糸格子-グラス転移点（秩序-無秩序転移点）と近いものの, わずかに高磁場にシフトしていた。この結果の意味は以下のとおりである。現実の試料では必ずピン止めの影響が存在し, これを制御することは難しかった。本研究の結果より, ピン止めの影響が存在する現実の試料の極低温渦糸相図が, 渦糸系を高速駆動させることによってピン止めの影響を減らしていくと, どのような相図に近づいていくかが初めて明らかになった。27年度はこの実験手法を2次元超伝導薄膜にも適用し, 極低温における渦糸状態を磁場の関数として調べていく。この研究により, 乱れた3次元と2次元超伝導体の静的および動的渦糸相図の全容を明らかにする。
一方, 動的相転移の研究については, 可逆-不可逆転移（RIT）の研究が大きく進展した。これまでの我々およびコロイド系を用いた他のグループの実験では, 巨視的なせん断力を印加できる回転駆動系における実験のみが行われてきた。本研究ではランダムなピン止めセンターに由来する微視的なせん断力のみが存在する並進運動系において, 初めてRITの観測に成功した。この結果は, 提案されている理論的予測と一致する。さらに交流に直流駆動力を重畳させることによってもRITが観測された。これは並進運動系から見たRITの初の観測といえる。ここで並進速度を増大させると実効的ピン止め力が減少することに着目すると, 本研究成果は, 1つの試料で実効的ピン止め力を制御した状況下でのRITの実験が可能となることを意味する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
3年間の研究期間の2年目にあたる平成26年度は, 本研究で構築してきたパルス法を用いた高周波モードロック共鳴法と動的輸送現象測定をアモルファスMoxGe1-x膜試料に適用することにより, 速度増大による渦糸格子方位の回転と不安定化の観測, およびこれらの巨視的な動的相転移現象に及ぼす準粒子の役割に関する知見を得た。さらに極低温秩序相については, 3次元アモルファス超伝導膜の渦糸格子の極低温における動的量子融解の観測に成功し, 3次元の静的及び動的渦糸相図を極低温域を含むほぼ全温度磁場域にわたって完成させた。非平衡相転移については, すでに成果が得られ始めているプラスチックディピニング転移の臨界現象の研究の進展に加え, 可逆不可逆転移（RIT）ついても, 微視的なせん断力のみが存在する並進駆動系で初めてRITの観測に成功するといった成果をあげた。さらに並進運動系. すなわち等速運動する重心系におけるRITという新しい概念を提案した。これらの成果は3編の論文として発表された他, 32件の口頭発表により公表された。さらに現時点で4件の招待講演（国際会議3件, 国内会議1件）が内定している。これらは当初の計画を上回る研究の進展といえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
26年度にはパルス波を用いたモードロック法を3次元アモルファス超伝導膜に適用することにより, 絶対零度近傍の0.1 Kにおいて, 高速駆動されたピン止めゼロの極限下での渦糸格子の動的量子融解転移の観測に成功した。27年度はこの手法を2次元薄膜に適用し, 磁場の関数として極低温の電子状態と渦糸状態を調べていく。一方, 動的相転移の研究については, 可逆不可逆転移（RIT）を並進運動系で初めて観測することに成功し, これにより渦糸構造を支配するピン止め力を制御した状況下でのRITの実験が可能となった。以上の成果を踏まえ, 27年度は以下の実験に取り組む。
１ 強い量子ゆらぎをもち, 磁場印加に伴う超伝導-金属-絶縁体転移を示す2次元アモルファス超伝導薄膜において, パルスモードロック法を用いた渦糸格子の動的融解の観測を試みると共に, 電圧の緩和現象測定によって, 極低温磁場中の金属相や絶縁体相における渦糸の存在の検証を目指す。
２ RITの実験を, これまでの回転系から, 並進運動（重心）系までも含めて推進する。特に, これまで理論的にも実験的にも研究例がなかった重心速度をパラメタとする実験を推進することにより, ピン止め力や微視的せん断力がRITの臨界現象に及ぼす影響を明らかにする。この研究によりRITの普遍性を実証すると共に, RITと渦糸構造との関係を明らかにする。
３ 高速駆動された渦糸格子の速度増大による格子方位の回転と, さらに高速域で起こる格子フローの不安定化の発生条件を, パルス法を用いた低パワー測定により, 渦糸密度, すなわち格子間距離の関数として求める。この研究により, 渦芯に存在する準粒子の寿命という微視的起源が, 渦糸格子の回転や不安定化といった巨視的挙動・動的相転移に及ぼす効果を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
26年度に予定していた極低温域における渦糸状態を調べる実験を進める前に, 比較的高温域で実験が可能となる動的相転移・非平衡ダイナミクスの研究に大きな進展が見られたことにより, 多くの時間をこれらの研究に注いだ。このため, 当初予定していた寒剤の使用量が大きく削減され, 寒剤代に充てる経費を大幅に節約できたことにより繰越額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
27年度には希釈冷凍機を使用する極低温域の測定にも多くの時間をさく。このため, 26年度より多額の寒剤代を要する。さらにこれまでの研究を通して, 渦糸の速い過渡現象を低速域まで測定することが重要であることがわかった。このために, 高周波・高電圧分解能（16ビット）を有する高性能オシロスコープを購入する。これらは27年度の予算に加え, 26年度の繰越分を有効に活用することにより購入する計画である。
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| 備考 |
東京工業大学 大学院理工学研究科物性物理学専攻（極低温物性研究センター） 大熊哲研究室webページ
http://www.rcltp.titech.ac.jp/~okumalab/
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