高強度テラヘルツ電流が引き起こす特異な超伝導スイッチング動作の発見

June, 10, 2024, 東京--京都大学、関口文哉 化学研究所特定助教（現：東京大学特任助教）、金光義彦 同教授（現：同特任教授）、廣理英基 同准教授、小野輝男 同教授、成田秀樹 同特定助教らの研究グループは、直流電流の流れている超伝導体にテラヘルツ波（周波数0.1-3 THz帯に位置する電磁波）を照射することにより、臨界電流を制御できることを実証した。
超伝導体の最も重要な特徴の一つは、ゼロ抵抗で流れる超伝導電流である。しかし、臨界電流を超えると材料は超伝導状態を保持できず有限の抵抗が現れる。このような超伝導状態の破壊メカニズムの理解は、リニアモーターカーでも使用される超伝導ケーブルや粒子加速器、超伝導共振器といった様々なデバイス特性の改善に役立つ。また、可視光、赤外線、またはテラヘルツ光子に対する極めて高い感度の光子検出器技術をもたらし応用上において極めて重要な現象である。
研究では、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。この現象を利用すると、テラヘルツ波のような低いエネルギーのフォトンの偏光状態を検出できることを示した。さらに、一度破壊された超伝導状態が臨界電流より大きい電流下で復活するという、特異な振る舞いを観測した。この非単調な超伝導破壊は、超伝導体内の磁気渦糸（超伝導電流が渦のように流れている状態）がテラヘルツ電流によって駆動される運動によって引き起こされることを示した。
研究グループが観測した特異な超伝導スイッチング現象は、超伝導材料応用に新たな知見を与えるものと期待される。

研究成果は、2024年5月24日に、国際学術誌「Nature Communications」に掲載された。
（詳細は、https://www.kyoto-u.ac.jp）