光第二高調波発生法による超伝導体表面の研究

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本研究の目的は、光第二高調波発生(SHG)をはじめとする非線形な光学応答を超伝導体について観測し、そこに含まれている超電導体の表面物性に関する情報、統計物性的情報、および,量子力学的情報を引き出そうというところにがある。この目的に従い以下の成果を挙げた。1)申請書に記した計画に従い、微弱でしかも試料形状の理由で拡がって散乱するSH光を効率よく集めるための集光系を設計製作し、また試料を冷却しながらの長時間の測定に耐えうるような、自動計測、自動昇温システムを整備した。2)第二種超電導体Nb_3Snについて光第二高調波発生の観測を試みた。光第二高調波発生は弱く、多光子励起発光が支配的であることがわかった。多光子励起発光による光も、本研究の目的に類似の情報を含むと考えられるので、その観測を行なった。超伝導状態のNb_3Snの多光子励起発光は2.3eVに強度ピークを持つ。このピーク位置はNb_3Snのフェルミ準位とNbの4dバンドの組み合わせ状態密度のピークと一致するので、発光の起源は伝導体電子とNbの4dバンドのホールの再結合と考えられる。また2.3eVにおける多光子励起発光強度を温度の関数として測定すると、超伝導転移点でするどいデイップと発光強度の変化が観測された。デイップは転移温度における超伝導ドメインのパーコレーションにより起こった光学吸収によるものと考えられる。発光強度の転移点以下の増大は、光学遷移モーメントの変化と考えた。3)YBa_2Cu_3O_7の多結晶膜,(La‐Sr)_2CuO_4の単結晶の準備が終わりこれらに関するSHG測定の実験が進行中である。4)超伝導体のドメイン構造の観察のためのSHG顕微鏡を構築し現在その性能チェックを行なっている。