Study of the Higgs mode in the cuprate high temperature superconductors

铜酸盐高温超导体希格斯模式的研究

基本信息

批准号：
19J12873
负责人：
勝見恒太
金额：
$ 1.47万
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：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、Y系銅酸化物高温超伝導体(YBCO)に対して高強度な光を照射することで、超伝導転移温度(Tc)よりも高温でテラヘルツ(THz)周波数帯のc軸光学伝導度の虚部が過渡的に増大する様子が観測され、光誘起超伝導と解釈された。しかし、光学伝導度の虚部が示す過渡的な増大の起源は超伝導成分か準粒子励起によるドルーデ成分なのか区別できず、その解釈は定まっていない。さらに、過渡的な光学伝導度の虚部の増大は数ピコ秒で緩和してしまうことから、抵抗測定や磁化率測定といった手法では超伝導転移の観測ができないという実験上の課題があった。そこで本年度は超伝導秩序変数の集団励起に起因するTHz非線形光学応答に着目し、YBCOにおける光励起非平衡状態を調べた。まず、不足ドープYBCOに対し高強度な近赤外光を照射し、誘起された非平衡ダイナミクスをTHz周波数帯のc軸反射率変化を通して測定した。Tc以下では、反射率に現れるジョセフソン・プラズマ共鳴のエッジ構造が光励起によってレッドシフトすることから、超伝導秩序が破壊されることがわかった。またTc以上においては光励起によって光学伝導度の虚部の過渡的な増大を観測し、先行研究と整合する結果を得た。次に、高強度THz波パルスによって駆動されるヒッグスモードやジョセフソン電流に起因する非線形光学応答を用いて、YBCOの光励起非平衡状態を調べた。Tc以下においては光励起後にTHz非線形光学応答が減少する様子が観測され、超伝導秩序の破壊と整合する。また、Tc以上では光励起後にTHz非線形光学応答は観測されなかった。したがって、過渡的な光学伝導度の虚部の増大を示す光励起非平衡状態は、平衡状態の超伝導とは異なると考えられる。また、光励起による過渡反射率変化は擬ギャップ温度付近以下で発達し、YBCOにおける光励起非平衡状態と擬ギャップとの関連を示唆する結果を得た。

近年来，通过用高强度光照射Y基铜酸盐高温超导体（YBCO），我们已经能够在高于超导转变温度的温度下研究太赫兹（THz）频段的c轴光学电导率(Tc) 观察到虚部的瞬时增加，这被解释为光致超导性。然而，无法区分光导率虚部瞬时增加的根源是超导分量还是准粒子激发引起的德鲁德分量，其解释也尚未确定。此外，由于光导率虚部的瞬态增加在几皮秒内缓解，因此存在一个实验问题，即使用电阻测量或磁化率测量等方法无法观察超导转变。因此，今年我们重点关注超导有序变量集体激发引起的太赫兹非线性光学响应，并研究YBCO中的光激发非平衡态。首先，用高强度近红外光照射未掺杂的 YBCO，并通过太赫兹频段内 c 轴反射率的变化来测量诱导的非平衡动力学。在Tc以下，反射率中出现的约瑟夫森等离子体共振的边缘结构因光激发而发生红移，表明超导秩序被破坏。此外，在 Tc 以上，我们观察到由于光激发导致光导率虚部短暂增加，并获得了与之前研究一致的结果。接下来，我们利用高强度太赫兹波脉冲驱动的希格斯模式和约瑟夫森电流引起的非线性光学响应研究了 YBCO 的光激发非平衡态。在 Tc 以下，观察到光激发后太赫兹非线性光学响应降低，这与超导有序的破坏一致。此外，在 Tc 以上，光激发后没有观察到太赫兹非线性光学响应。因此，表现出瞬态光导率虚部增加的光激发非平衡态被认为与超导的平衡态不同。此外，由于光激发引起的瞬态反射率变化发生在赝能隙温度以下，这表明 YBCO 中光激发非平衡状态与赝能隙之间存在关系。