Terahertz laser inducerer stuetemperatur superledende fase i en fullerenforbindelse - Physics World

Terahertz laser inducerer stuetemperatur superledende fase i en fullerenforbindelse - Physics World

Tidsstempel: 30. november 2023 kl. 4

Et organisk materiale i en metastabil fase opfører sig lidt som en superleder ved stuetemperatur, når det exciteres med laserlys
Den optiske opsætning, der blev brugt til at generere de lavfrekvente laserimpulser, der resonant exciterede prøven. Høflighed: J. Witt, MPSD

Et organisk materiale i en metastabil fase opfører sig lidt som en superleder ved stuetemperatur, når det exciteres med laserlys. Selvom denne adfærd falmer næsten lige så hurtigt som laserpulsen, der inducerer den, siger holdet bag opdagelsen, at med den rigtige lyskilde, kan det være muligt at holde materialet i dets superledende-lignende tilstand kontinuerligt.

Forskere har i et stykke tid vidst, at lys ved terahertz- og melleminfrarøde frekvenser på visse materialer er en god måde at manipulere deres egenskaber på. I nogle tilfælde kan denne metode endda bruges til at skabe ikke-ligevægtsmaterialefaser, der ikke har nogen analog under normale forhold.

"Vores gruppe har undersøgt, hvordan man bruger kohærente lysfelter til at forstærke eller på anden måde forbedre superledningsevnen - en tilstand, der generelt opnås fra den spontane dannelse af elektronisk kohærens (parringen af ​​elektronpar)," forklarer Andrea Cavalleri, en fysiker ved Max Planck Institut for materiens struktur og dynamik (MPSD) i Hamborg, Tyskland, der ledede forskningsindsatsen. "Tidligere fandt vi ud af, at i en række materialer (kupraterne [kobberoxiderne] og nogle organiske materialer som K3C60), ser denne effekt ud til at være mulig."

I det nye værk, som er beskrevet i Naturfysik, viste Cavalleri og kolleger, at fotoexcitering af materialet med en lyskilde indstillet til 10 THz er meget mere effektiv til at frembringe effekten i K3C60 end tidligere teknikker. Faktisk fandt forskerne ud af, at de kunne generere den samme superledende tilstand som i tidligere undersøgelser med en 100 gange lavere laserfluens. Denne ikke-ligevægt superledende tilstand varer i nanosekunder og vises ved stuetemperatur, hvilket gør opdagelsen "særlig betydningsfuld", siger Cavalleri.

Ny optisk kilde

Frekvenser i få terahertz-området er særligt vanskelige for ultrakorte pulserende lasere at producere, og det seneste resultat blev muliggjort ved at udvikle en ny optisk kilde. Denne kilde er baseret på kvidrede pulser, og MPSD-forskerne fremstillede den ved hjælp af en kombination af teknikker. I et opfølgende arbejde udgivet i Nature Communications, viste de desuden, at de kunne integrere kilden på en chip, hvilket de siger kunne føre til et bredere udvalg af opto-elektroniske applikationer.

kilde kan integreres på en chip
Måleopsætning, hvor mid-infrarøde og synlige stråler fokuseres på den optoelektroniske enhed. Indsat: Billede af den enhed, hvorpå picosekunders strømimpulser udsendes, transporteres og detekteres. (Med høflighed: Eryin Wang, MPSD)

Ifølge forskerne kunne en lyskilde med en højere gentagelseshastighed – det vil sige en kortere varighed mellem på hinanden følgende laserimpulser – tillade den metastabile superledende tilstand at vare længere. "Hvis vi kunne levere hver ny puls, før prøven vender tilbage til sin ikke-superledende ligevægtstilstand, kan det være muligt at opretholde den superledende-lignende tilstand kontinuerligt," forklarer teammedlem Edward Rowe.

Cavalleri er endnu mere optimistisk. "Vi er ved at nå et regime, der ikke er langt væk fra et, hvor man kunne forestille sig at drive superledere med kontinuerlige bølgekilder for at opnå konstant rumtemperaturdrift," siger han. Fysik verden. "Vi kunne forestille os at køre denne effekt i steady state med kun et par watt effekt." Den største flaskehals, tilføjer han, er manglen på kontinuerlige lyskilder til rådighed ved 10 THz.

MPSD-teamet planlægger nu at karakterisere den metastabile superledende-lignende tilstand til det samme præcisionsniveau, som er muligt ved ligevægt, med det formål bedre at forstå de mikroskopiske mekanismer bag fotoinduceret superledning. Blandt andre mængder håber de at kunne måle statens magnetiske og elektriske egenskaber, atomstruktur og måske kvantefænomener såsom elektrontunnelering, nærhedseffekter og andre relaterede fænomener. "Det vil også være interessant at tænke på nye potentielle anvendelser for et sådant system inden for kvanteoptoelektronik," siger Cavalleri.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden