Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

超伝導 / 光電子分光 / マヨラナ粒子 / スピン偏極光電子分光 / 時間分解光電子分光 / 高分解能光電子分光

近年、全く新しい概念を持った超伝導体が出現してきた。光誘起超伝導とトポロジカル超伝導体である。前者は、超短パルスレーザー光で生成した超伝導のヒッグス粒子が観測されることにより、光誘起超伝導のメカニズムを明らかにする事が出来る。一方、後者は、極限まで微小エネルギーを計測するARPESが可能になったことにより、素粒子では発見されていないマヨラナ粒子が固体内で発見される可能性が出てきた。
本研究では、これまで築いた現有のレーザー光電子分光の装置（レーザー超高分解能極低温光電子分光装置とレーザー時間分解光電子分光装置）を有効に活用し、最大限に成果を上げるよう光誘起超伝導とトポロジカル超伝導の研究を行う。
（１）レーザー超高分解能極低温光電子分光においては、すでに発見したトポロジカル超伝導体の研究をさらに深め、ほかにも同様なトポロジカル超伝導体がないかの探索を続ける。さらに、光電子顕微鏡（PEEM)を用いて、超伝導体のメゾスコピックな電子構造の研究を始める。
（２）レーザー時間分解光電子分光においては、すでに我々は鉄系超伝導体の母物質において初めて、光誘起超伝導の兆しを発見している。これらの研究をさらに発展させ、光誘起超伝導が確実に起きているかどうかを検証するために、特に、ポンプ光の近赤外光やテラヘルツ光の開発を行い、特定のフォノンを励起できるように時間分解光電子分光装置の改造を行う。また、鉄系以外にも光誘起超伝導を起こす物質がないかどうか物質探索も更に行う。
この二つの光電子分光装置は、全国共同利用を通じて、様々な共同利用者の知恵を借り、新奇物質の開発や新奇物性の開発も行う。

時間分解光電子分光 / 光誘起相転移 / コヒーレントフォノン / 非平衡電子状態 / 励起子絶縁体 / 電荷密度波 / 時間分解ARPES / 電子-格子相互作用 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 超伝導

時間・角度分解光電子分光、特にコヒーレントフォノン励起による光電子強度の振動をエネルギー-運動量空間にマップする周波数領域角度分解光電子分光(frequency domain angle-resolved photoemission spectroscopy, FDARPES)を用いることにより、様々な物質における光励起後の非平衡電子状態を明らかにした。光誘起相転移を示す物質において、光励起によってコヒーレントフォノンが観測されることがあるが、光誘起相転移に伴う電子構造の振動の様子を、FDARPESを用いることで詳細に明らかにすることに成功した。

コヒーレントフォノン励起を伴う光誘起相転移において、コヒーレントフォノンに同期して、金属状態と絶縁体状態が交互に現れるなど、新たに開発されたFDARPESという手法を用いて初めて得られる情報を抽出することに成功した。これは、光誘起相転移における詳細な電子構造の変化やそのメカニズムの理解について大きく進展させる成果である。この成果により、物質におけるバンド構造の制御、さらにそれに基づく物性制御、超高速スイッチングの実現など、将来的には一般社会への波及効果も期待できる。

光電子分光 / 超伝導 / レーザー / 非平衡物性 / 非平衡物理 / 時間分解光電子分光 / 高温超伝導体 / 物性実験 / 光物性

銅酸化物や鉄系超伝導体では、キャリア量によって、純粋な超伝導状態から、超伝導が擬ギャップ状態や電荷・スピン密度波と混在する特殊な状態まで実現するため、自発的対称性の破れに伴う励起モードを研究する格好の舞台を提供してくれる。我々は波数分解したスペクトルが得られる時間分解ARPESによる電子系ダイナミクスを研究した。超伝導とは無関係に長時間の緩和成分が観察され得ることを示し、「遅い緩和＝超伝導の再構成」の構図そのものを再検討する必要性を見出した。また、pump光の強度によって緩和時間が大きく変化することを見出し、これまでの実験結果の食い違いを説明した。

液体窒素温度を超える高い臨界温度を示す超伝導体が約30年前銅酸化物において発見れて以来、銅酸化物高温超伝導体は物性研究の対象として長らく主役を担ってきた。それにも関わらず、高い超伝導臨界温度が生じる機構に関しては未だ統一した見解が得られていない。超伝導は、伝導を支配する電子が多数の対を組むことで安定化し、背景にある格子振動や不純物による散乱を受けることなく電流を流す特異な電子状態である。超伝導の発現機構を解明する上で、電子同士を対として結びつける”のり”を同定することが重要であり、Bi2212の時間分解ARPES研究で見出した電子系ダイナミクスの理解により応用研究への波及が期待される。

【研究分担者】
岡崎浩三	東京大学	物性研究所	准教授	(Kakenデータベース)
近藤猛	東京大学	物性研究所	准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
鈴木剛	東京大学	物性研究所	助教	(Kakenデータベース)