超伝導電子の量子運動を可視化するテラヘルツ顕微鏡を開発(Terahertz microscope reveals motion of superconducting electrons)

2026-02-04 マサチューセッツ工科大学(MIT)

マサチューセッツ工科大学の研究チームは、テラヘルツ(THz)顕微鏡を用いて、超伝導状態にある電子の動きを直接可視化することに成功した。超伝導では電子が対を形成し、電気抵抗なしに流れるが、その空間的・時間的な振る舞いを直接観測することは困難だった。本研究では、THz周波数帯の電磁波に高感度で応答する新しい顕微計測手法を開発し、超伝導体内部で電子対がどのように集団的に運動しているかを捉えた。観測結果から、超伝導の発現や破壊に関わる電子ダイナミクスが明確になり、理論モデルの検証や改良に重要な実験的証拠を提供した。この成果は、非従来型超伝導の理解を深めるとともに、将来的な量子デバイスや高性能電子材料の開発につながると期待される。

<関連情報>

2次元超伝導体におけるテラヘルツ超流動プラズモンの画像化 Imaging a terahertz superfluid plasmon in a two-dimensional superconductor

A. von Hoegen,T. Tai,C. J. Allington,M. Yeung,J. Pettine,M. H. Michael,E. Viñas Boström,X. Cui,K. Torres,A. E. Kossak,B. Lee,G. S. D. Beach,G. D. Gu,A. Rubio,P. Kim & N. Gedik
Nature  Published:04 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-025-10082-2

超伝導電子の量子運動を可視化するテラヘルツ顕微鏡を開発(Terahertz microscope reveals motion of superconducting electrons)

Abstract

The superconducting gap defines the fundamental energy scale for the emergence of dissipationless transport and collective phenomena in a superconductor1,2,3. In layered high-temperature cuprate superconductors, in which the Cooper pairs are confined to weakly coupled two-dimensional (2D) copper–oxygen (CuO2) planes4,5, terahertz (THz) spectroscopy at subgap millielectronvolt (meV) energies has provided crucial insights into the collective superfluid response perpendicular to the superconducting layers6,7,8,9. However, within the CuO2 planes, the collective superfluid response manifests as plasmonic charge oscillations at energies far exceeding the superconducting gap, obscured by strong dissipation2,6,9,10. Here we present spectroscopic evidence of a below-gap, 2D superfluid plasmon in few-layer Bi2Sr2CaCu2O8+x and spatially resolve its deeply subdiffractive THz electrodynamics. By placing the superconductor in the near field of a spintronic THz emitter, we reveal this distinct resonance—absent in bulk samples and observed only in the superconducting phase—and determine its plasmonic nature by mapping the geometric anisotropy and dispersion. Crucially, these measurements offer a direct view of the momentum-dependent and frequency-dependent superconducting transition in two dimensions.

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