テラヘルツ光を用いた鉄系超伝導体における光相制御および光誘起超伝導の研究

利用太赫兹光研究铁基超导体的光学相位控制和光致超导

• 批准号: 20J22275
• 负责人: 礒山 和基
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22275/
• 关键词: 超伝導; テラヘルツ; ヒッグスモード; 光誘起相転移; 超高速現象; 光誘起超伝導; テラヘルツ分光; 鉄系超伝導体

我々は鉄系超伝導体FeSe系において、超伝導ギャップエネルギーと同程度の光子エネルギーを持つテラヘルツ(THz)波をプローブとして、光照射が超伝導秩序にもたらす効果を調べてきた。特にヒッグスモードと呼ばれる超伝導秩序変数の振幅モードが媒介する高効率のTHz第3高調波発生(THG)が、超伝導秩序変数のダイナミクスをピコ秒の時間分解能で捉える光学的なプローブとなることに着目している。これまでに我々は鉄系超伝導体FeSe0.5Te0.5において超流動密度を反映するTHG信号を観測し、さらにFeSe0.5Te0.5に近赤外(NIR)光パルスを照射すると、一時的にTHGが増強する、超伝導秩序変数の増加を示唆する振る舞いを観測した(2021年発表論文)。しかし理論的にはヒッグスモードの他に電荷密度揺らぎ(CDF)と呼ばれる超伝導準粒子の個別励起に由来する過程によってもTHGが起こる可能性が指摘されており、THG増強から直ちに超伝導増強が結論されるわけではない。そこで我々はヒッグスモードがTHGに支配的な寄与を与えていることが知られている従来型超伝導体NbNにおいても同様の測定を行った。その結果NbNにおいてもNIR照射後にTHG信号が増加する振る舞いが見られ、NIR照射によるTHG増強は超伝導体一般に見られる現象であり、超伝導増強を意味しない可能性が示された。THG増強の起源を明らかにするためNIR照射後のヒッグスモード自由振動を観測したところ振動振幅の増加は見られず、THG増強は光照射によるヒッグスモード振動のパラメトリック増幅に由来するものではないと考えられる。また過渡的なTHG信号はTHz波の偏光と結晶方位がなす角に依存せず、CDFが媒介するTHGの増加も示唆されなかった。光誘起THG増強の起源として、超流動密度の時間変化に対応した非線形超伝導電流が流れた可能性が残されている。

我们使用太赫兹（THz）波作为探针，研究了光照射对铁基超导体 FeSe 中超导序的影响，太赫兹波的光子能量与超导带隙能量相当。特别是，由称为希格斯模式的超导阶变量的振幅模式介导的高效太赫兹三次谐波产生（THG）可以用作光学探针，以皮秒时间分辨率捕获超导阶变量的动态。到目前为止，我们已经观察到反映铁基超导体 FeSe0.5Te0.5 中超流体密度的 THG 信号，此外，当我们用近红外（NIR）光脉冲照射 FeSe0.5Te0.5 时，我们暂时观察到表明超导序变量增加的行为，THG 增强了超导序变量（论文于 2021 年发表）。然而，理论上指出，除了希格斯模式之外，THG也可能是由于源于超导准粒子的个体激发的称为电荷密度涨落(CDF)的过程而发生，并且在THG增强之后立即发生超导增强。是没有结论。因此，我们对传统超导体 NbN 进行了类似的测量，其中已知希格斯模式对 THG 做出了主要贡献。结果，在NbN中也观察到了NIR照射后THG信号增加的行为，这表明由于NIR照射而导致的THG增强是在一般超导体中观察到的现象，并且可能并不意味着超导增强。为了阐明THG增强的起源，我们观察了NIR照射后的希格斯模式自由振动，发现振动幅度没有增加，这表明THG增强不是由于光照射引起的希格斯模式振荡的参量放大而完成的。此外，瞬态 THG 信号不依赖于太赫兹波的偏振和晶体取向之间的角度，并且没有表明 CDF 介导的 THG 增加。光致三次谐波增强的起源仍然是与超流体密度随时间变化相对应的非线性超导电流流动的可能性。

项目成果

BCS超伝導体NbNにおけるHiggsモード共鳴テラヘルツ第3高調波発生の光誘起増強現象

BCS超导体NbN希格斯模式谐振太赫兹三次谐波产生的光致增强现象

• 发表时间: 2022
• 作者: 礒山和基; 辻直人; 寺井弘高; 島野亮
• 通讯作者: 島野亮

Light-induced enhancement of superconductivity in iron-based superconductor FeSe0.5Te0.5

铁基超导体 FeSe0.5Te0.5 的光致增强超导性能

• DOI: 10.1038/s42005-021-00663-8
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 5.5
• 作者: Isoyama Kazuki;Yoshikawa Naotaka;Katsumi Kota;Wong Jeremy;Shikama Naoki;Sakishita Yuki;Nabeshima Fuyuki;Maeda Atsutaka;Shimano Ryo
• 通讯作者: Shimano Ryo

s波超伝導体NbNにおけるヒッグスモードの自己相互作用とテラヘルツ波増幅

s波超导体NbN中的希格斯模式自相互作用和太赫兹波放大

• 发表时间: 2022
• 作者: 礒山和基; 島野亮
• 通讯作者: 島野亮

鉄系超伝導体FeSe0.5Te0.5における光誘起超伝導増強

铁基超导体FeSe0.5Te0.5的光致超导增强

• 发表时间: 2020
• 作者: 礒山和基; 吉川尚孝; 勝見恒太; Jeremy Wong; 色摩直樹; 崎下雄稀; 鍋島冬樹; 前田京剛; 島野亮
• 通讯作者: 島野亮

s波超伝導体NbNにおけるHiggsモードの量子干渉測定

横波超导体NbN希格斯模式的量子干涉测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 礒山和基; 辻直人; 寺井弘高; 島野亮
• 通讯作者: 島野亮