超伝導体にテラヘルツ波を照射、臨界電流が大きく変化：一度破壊された超伝導状態も復活

京都大学の研究グループは、超伝導体薄膜にテラヘルツ波を照射すると、臨界電流が大きく変化する現象を発見した。観測された特異な超伝導スイッチング現象は、新たな超伝導デバイス開発や性能改善にも貢献するとみられている。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

新たな超伝導デバイスの開発や性能の改善にも貢献

　京都大学化学研究所の関口文哉特定助教（現在は東京大学特任助教）と金光義彦教授（同特任教授）、廣理英基准教授、小野輝男教授、成田秀樹特定助教らによる研究グループは2024年5月、超伝導体薄膜にテラヘルツ波を照射すると、臨界電流が大きく変化する現象を発見したと発表した。観測された特異な超伝導スイッチング現象は、新たな超伝導デバイスの開発や性能の改善にも貢献するとみられている。

　京都大学化学研究所は最近、「人工超格子構造によって対称性が破れた超伝導体は、臨界電流が電流の正負に応じて異なる」という超伝導ダイオード特性を発見した。ただ、これまでの実験は直流電流を用いたもので、テラヘルツ周波数帯における振る舞いは明らかにされていなかった。

　研究グループは今回、人工超伝導超格子に直流電流の印加とテラヘルツ波の励起を同時に行い、その相互作用に関して調べた。実験では、超伝導体を高強度のテラヘルツ波によって駆動するため、低温・磁場・電流印加という測定環境でテラヘルツ分光を行った。

　実験で、直流電流を流した超伝導体にテラヘルツ波を照射したところ、臨界電流が大きく変化した。特に、超伝導ギャップよりも低いエネルギーのテラヘルツ波を照射すると、臨界電流が減少し低エネルギーフォトンの偏光状態を検出できることが分かった。

　テラヘルツ波照射下で超伝導体の電流−電圧特性も詳しく調べた。そうしたところ、一度破壊された超伝導が臨界電流よりも大きな電流下で、再び出現するという特異な振る舞いが観測された。シミュレーションにより、この現象は超伝導体内の磁気渦糸が、テラヘルツ電流により駆動される運動によって引き起こされていることが分かった。

上図は実験の模式図。左下は直流電流量に依存した非単調な超伝導−常伝導スイッチング。右下はテラヘルツ電流により駆動される磁気渦糸運動のシミュレーション［クリックで拡大］出所：京都大学