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レーザー照射された系における超伝导の大きさの时间依存性
シンボルはレーザー照射下での超伝导の大きさを表している。A₀はレーザー光の强さである。赤线と緑破线は、レーザーによって有効的に强められた相互作用の予测された强さでの均一励起状态における超伝导の大きさを示している。黒一点锁线は初期状态の持つ超伝导の大きさを表す。図上には电子の空间分布の时间依存性を示している。この结果から、超伝导秩序がレーザー照射によって増大されるが、电子の不均一性は大きくなっていないことがわかる。また、超伝导の大きさを时间平均した値が、平衡状态では达成する事の出来ない电荷均一な励起状态の値によく一致している事が明らかになった。
© 2017 Kota Ido, Takahiro Ohgoe, and Masatoshi Imada.

东京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の井戸康太大学院生、大越孝洋特任助教および今田正俊教授の研究グループは、强いレーザー光を电子间相互作用の强い物质（强相関物质）へ照射することで、その物质における超伝导性が热平衡系では达成することができないほど増大することを见出しました。本成果により、超伝导転移温度を光によって制御する研究やそのデバイス応用への展开がより活発になっていくことが期待されます。

物性物理学の梦の一つとして、室温领域における超伝导の実现が挙げられます。これまでの常圧下での最高転移温度は铜酸化物で実现された约-140℃でありました。転移温度を室温领域まで上げようとこれまで数多くの実験がなされてきましたが、常圧下ではここ数十年でほとんど変化していません。転移温度を高くするためには电子间に働く引力を强くする必要がありますが、强すぎる引力は电子を一箇所に集めたがる倾向を持つため、电子の空间分布が大きいところと小さいところに分かれてしまう不均一状态を形成してしまいます。一方、平衡系での闭塞感を打破するために、レーザー照射などの非平衡过程を利用して転移温度を制御しようという试みが近年精力的に行われております。

今回研究グループは、电子间に働く相互作用を高精度に取り扱うことのできる数値计算手法を开発し、それを用いて标準的な强相関电子系における光照射ダイナミクスの数値シミュレーションをしました。シミュレーションの结果、光照射によって电子の间に働く有効斥力が强められると、逆説的に创発的な有効引力が强められ、さらに平衡状态では超伝导を抑えてしまう不均一状态を回避することで、顕着な超伝导をもつ动的に安定な状态が実现できることを示しました。

本研究での结果は、相関电子物质での光による室温超伝导の実现に新たな局面を切り开く成果と言えます。今后は、本研究で得た「よくデザインされた强い光照射によって超伝导性が増强される」という理论予言を実験で検証することが望まれます。さらに、どのような光を照射すれば物质の状态を制御する事が出来るかという指针をシミュレーションから得る研究だけでなく、これに基づいた新奇光デバイス応用への発展にも、はずみがつくことが期待されます。

「これまでの高温超伝导に関する研究では、主に热平衡の下で行われてきました」と井戸大学院生は话します。?今回の研究のような强相関电子系における超伝导ダイナミクスをシミュレーションすることは非常に难しかったのですが、开発を进めてきた数値计算手法を用いてようやく达成する事が出来ました。今回の私たちの成果は非平衡超伝导に関する研究を大いに活発化させるものと期待します」と続けます。

论文情报

Kota Ido, Takahiro Ohgoe and Masatoshi Imada, "Correlation-induced superconductivity dynamically stabilized and enhanced by laser irradiation", Science Advances Online Edition: 2017/08/19 (Japan time), doi:10.1126/sciadv.1700718.
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