磁気-光-電子・量子機能基礎研究

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ボルテックスの可視化とダイナミクス解析を行い、ビッター法、直接磁束検出法、低温磁気力顕微鏡、SQUID顕微鏡によりYBCO薄膜試料のボルテックスを観察した結果、薄膜中では安定なものの結晶粒界ではピニング力が弱く熱エネルギーにより容易に移動することが分かった。この運動はμmサイズの並列スロットを粒界に作り込むことで抑制されることが明らかとなり、その結果から低雑音高温超伝導SQUIDの構造が決定された。さらに、磁束クリープから磁束フローヘのクロスオーバ領域を含む、広い電界領域に亘る電界-電流密度特性を統一的に記述できる理論を提出し、実験による定量的検証を行って理論と良い一致を示した。Bi2212単結晶の固有ジョセフソン接合超格子では、約0.2Tの磁界下でボルテックスフローによる80GHzの発振を観察した。また、1μm長の微小接合メサではフラウンホーファ型の臨界電流磁界依存性を確認した。低ドープのLaSrCuO薄膜において、準静的誘電特性測定、及び遠赤外レーザ光照射下の低電流//c抵抗測定により、[ドープ量]×[膜厚(nm)]/1.32=N(N-1)(N-2)/3(Nは3以上の整数)の場合、binaryな量子状態が室温でも観測され、量子状態が維持されるデコヒーレンス時間が数日間以上にも達することを見出した。フェムト秒レーザーによる光・ボルテックス相互作用の研究では、時間分解能100fsでの超伝導体中における光励起電荷散乱過程を露にし、磁束生成過程の解明に重要な情報を得た。また、超伝導薄膜中に光パルスの形状を反映したボルテックス分布を誘起し、この新しい効果がフェムト秒光信号の2次元イメージングに応用できることを示した。