2022 Fiscal Year Annual Research Report
Observation of nonreciprocal charge transport phenomena caused by current-induced breaking of the time-reversal and space-inversion symmetries
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20K14408
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中村 祥子 九州大学, 理学研究院, 准教授 (00726317)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 第２高調波発生 / 超伝導 / テラヘルツ / 電流 / 磁束量子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は、超伝導体薄膜に対する電流注入において、磁場を用いた非接触の手法を確立した。超伝導体薄膜に対して、転移温度以下で弱い面直磁場を印加すると、外側から磁束量子が侵入し、遮蔽電流が誘起される。その遮蔽電流が時間・空間反転対称性を破ることで、磁束量子によるテラヘルツ第2高調波(THz-SHG)が発生することを発見し、詳細な測定を行った。THz-SHGの偏光・強度の位置依存性から、サンプルの内部での遮蔽電流の分布を可視化した。入射偏光とSHGの偏光を網羅的に測定したところ、入射方向に平行なSHGと垂直なSHGが観測された。その双方が、電流によって傾けられたピン止めポテンシャルの中での磁束量子の運動に起因することを、超高速で振動する磁束量子が放射する電場から磁束量子の軌跡を実空間で可視化することにより実証した。
本研究では、研究期間全体を通して、(1) 超伝導体に直流電流を注入することによる非相反THz-SHG、(2) 超伝導体に高強度の振動電場を照射し、時間的に非対称な変化を誘起することによる相反的なTHz-SHG、(3) 超伝導体に磁場を用いて遮蔽電流を誘起することによるTHz-SHGという３種類のTHz-SHGを観測し、その発生機構を検証した。
当初の目標の１つであった、結晶の空間反転対称性の破れに由来する超伝導秩序変数の対称性の破れをTHz-SHGから検出することは、結晶のドメインサイズの問題でかなわなかったが、電流注入下の超伝導体に対する光学測定技術を確立した(1,3)と同時に、非相反応答を偏光依存性から高精度に抽出する技術を確立した(2)ことで、将来の測定に向けての十分な足掛かりをつかんだと考えている。
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