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

基本信息

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

项目摘要

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。

我们已经使用Terahertz（THz）波与具有相当于铁的超导差距能量的光子能量的Terahertz（THZ）波研究了光照射对超导级的影响。特别是，我们关注以下事实：高效THZ第三次谐波产生（THG）由超导顺序变量的振幅模式（称为HIGGS模式）介导的振幅模式是一种光学探测器，可捕获具有picsecond Time分辨率的超导订单变量的动力学。到目前为止，我们已经观察到一个信号，反映了铁基超导fese0.5Te0.5中的超氟密度，并且还观察到一种行为表明超导顺序变量的增加，其中FESE0.5TE0.5在用近传汇处（NIR（NIR）Light Pulse辐射时，THG暂时增加了。然而，从理论上讲，已经指出，由于被称为电荷密度波动（CDF）的超导准粒子激发而得出的过程也可能发生，并且在增强后不能立即结束超导性增强。因此，我们对常规超导体NBN进行了类似的测量，其中已知希格斯模式为THG提供了主要的贡献。结果，在NBN中也观察到NIR辐射后THG信号的行为增加，表明由NIR辐射引起的THG增强是超导体中通常看到的一种现象，可能并不意味着超导性增强。为了阐明THG增强的起源，在NIR辐照后观察到HIGGS模式游离振动，并且没有发现振动幅度的增加，并且据信，THG增强并不来自HIGGS模式振动的参数放大，这是由于光照射引起的。此外，瞬态THG信号不取决于THZ波的极化角度和晶体方向，并且不建议CDF介导的THG增加。随着光诱导的THG增强的起源，仍然存在非线性超导电流，以响应超级流体密度的时间变化而流动。