51探花

【発表のポイント】

• 物质中に方向の定まった正味の（平均してもゼロにならない）电流を振动电场である光电场によって流すことはできなかった。
• 超短パルス光の位相制御技术を用いて、超伝导体中に方向の决まった电流を発生させることに成功した（オームの法则に従わない物质中の电子の加速を実现）。
• 铜酸化物や鉄ヒ素化合物などの高温超伝导体^（注1）への展开により、室温近傍で现在の1万倍の超高周波（ペタへルツ）电子回路の可能性が拓かれる。

【概要】

ペタ（千兆）ヘルツの超高周波电场である光は、现在のギガ（10亿）ヘルツ駆动エレクトロニクスを飞跃的に高速化（高周波化）するポテンシャルを秘めています。しかし、振动电场である光によって、电子回路の基本动作である电流を一方向へ流すこと（电子を动かす方向を决めること）はできませんでした。东北大学大学院理学研究科の岩井伸一郎教授、川上洋平助教らのグループは、有机超伝导体^（注2）に极めて时间幅の短い光パルスを照射した瞬间、向きの定まった电流が生じることを発见しました。この结果は、オームの法则に従わない电子の加速が超伝导体中で起きていることを示します。今后、铜酸化物や鉄ヒ素化合物などの高温超伝导の机构解明や、ペタヘルツデバイスへの応用に役立つことが期待されます。

この成果は英国科学雑誌「Nature Communications」に2020年8月18日午後6時（日本時間）にオンライン掲載されました。

図1(a)「対称性の破れ」の例　強誘電体 電荷分布に偏りがある。
図1(b) 光の電場振動波形
図1(c) SHGの発生機構　左 電子分布の偏り（分極）　右 電流→本研究における厂贬骋の原理
図1(d) 電場による電子の加速（電流の生成）機構　左 電場波形、右上 オームの法則による電流
右下 散乱の無い電子加速による電流→本研究における光电流の原理

【用语解説】

（注1）高温超伝导体
水銀、鉛、ニオブなどで観測されていた超伝導は、転移温度が20 K以下であった。ところが1980年代後半、銅酸化物YBa₂Cu₃O_7-δ（イットリウム系） や Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀（ビスマス系）など、液体窒素温度（マイナス196度、絶対温度77 K）より高温で超伝導となる物質が発見された。その後2008年には、鉄ヒ素化合物の超伝導体LaFeAsO_1-XF_X(転移温度マイナス240度、絶対温度～30 K)が注目された。銅酸化物では、モット絶縁体に対してキャリアドープを行うことによって超伝導への転移が起こる。一方、鉄ヒ素系では、さらに複数の軌道がからみあうことが重要だと考えられる。いずれも、BCS理論では説明できないとされ、長年の研究にもかかわらず、詳細な機構は明らかにされていない。

（注2）有机超伝导体
1970年代に導電性ポリマー（2000年ノーベル化学賞）が発見される以前は、（金属元素を含まない有機物のみの化合物としては）超伝導はおろか、通常の"金属"をつくることでさえ困難であった。しかし、有機物のみからなる超伝導体の研究は1970年代の後半に始まり、1980年代には、TMTSF (テトラメチルテトラセレナフルバレン)やBEDT-TTF(ビスエチレンジチオテトラチアフルバレン)と呼ばれる分子の化合物において、マイナス270～260度（絶対温度0.3 K-10 K）程度の転移温度の超伝導が観測された。その後、金属をドープしたフラーレン（C₆₀）固体ではより高い転移温度（～30 K）が観測されている。これらの有機超伝導体の中で、本研究の対象物質であるBEDT-TTF化合物は、銅酸化物の高温超伝導体と同様に、モット絶縁体（クーロン反発の効果によって電荷が動けなくなった絶縁体）に関係した機構（クーロン反発や反強磁性相互作用）が示唆されているが、いずれの物質系でも詳細な機構は解明されていない。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

＜研究に関すること＞
东北大学大学院理学研究科物理学専攻
教授　岩井伸一郎（いわい　しんいちろう）
电话：022-795-6423
贰-尘补颈濒：蝉-颈飞补颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

＜报道に関すること＞
东北大学大学院理学研究科
広报?アウトリーチ支援室
电话：022-795-6708
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