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Nat. Phys.:太赫兹激光成功诱导“室温超导体”
2023-12-06   浏览量:102

在激光的激发下,一种处于瞬变相的有机材料表现得有点像室温超导体。尽管这种行为的消失速度几乎和诱发它的激光脉冲一样快,但这一发现背后的团队表示,只要有合适的光源,就有可能让这种材料持续保持类似超导的状态。

科学家们早就知道,用太赫兹和中红外频率的光照射某些材料是操纵其特性的好方法。在某些情况下,这种方法甚至可以用来创造在正常条件下没有类似物的非平衡材料相。

“我们的研究小组一直在研究如何利用相干光场来放大或以其他方式增强超导性:这种状态通常是通过自发形成电子相干性(电子对配对)而获得的。”领导这项研究工作的德国汉堡马克斯-普朗克物质结构与动力学研究所(MPSD)物理学家安德烈亚·卡瓦列里(Andrea Cavalleri)解释说:“过去,我们发现在一些材料(铜氧化物)和一些有机材料(如 K3C60)中,这种效应似乎是可能的。”

在这项新研究中,卡瓦列里及其同事发现,用调谐到10太赫兹的光源对材料进行光激发,在K3C60中产生这种效应的效率要比以前的技术高得多。事实上,研究人员发现,他们可以用低100倍的激光通量产生与早期研究相同的超导状态。

卡瓦列里说,这种非平衡超导状态可持续数纳秒,并在室温下出现,因此这一发现“意义特别重大”。

对于超短脉冲激光器来说,几太赫兹范围内的频率尤其难以产生。这种光源基于啁啾脉冲,MPSD的研究人员利用多种技术组合制造出了这种光源。在发表于《自然·通讯》(Nature Communications)的后续工作中,他们还表明可以将这种光源集成到芯片上,并称这将带来更广泛的光电子应用。

研究人员认为,重复率更高的光源——即连续激光脉冲之间的持续时间更短,可以让瞬态超导状态持续更长时间。团队成员爱德华·罗(Edward Rowe)解释说:“如果我们能在样品回到非超导平衡态之前发出每个新脉冲,就有可能持续维持类似超导的状态。”

卡瓦列里则更加乐观。他表示:“我们所达到的状态与你可以想象的用连续波源驱动超导体以获得稳定的室温运行状态相差无几。我们可以设想只用几瓦功率就能在稳态下驱动这种效应。”

他补充说,主要的瓶颈是缺乏10太赫兹的连续波光源。

现在,MPSD团队计划以与平衡状态相同的精度来描述类似瞬变超导状态,目的是更好地理解光诱导超导背后的微观机制。

他们希望测量这种状态的磁性和电性、原子结构以及电子隧穿效应、邻近效应和其他相关现象等量子现象。卡瓦列里解释说:“考虑这种系统在量子光电子学中的新的潜在应用也将非常有趣。”


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