Study of the Higgs mode in the cuprate high temperature superconductors

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、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。