Il laser Terahertz induce una fase superconduttiva a temperatura ambiente in un composto fullerenico – Physics World

Un materiale organico in fase metastabile si comporta un po' come un superconduttore a temperatura ambiente quando eccitato con la luce laser. Sebbene questo comportamento svanisca quasi con la stessa rapidità dell'impulso laser che lo induce, il team dietro la scoperta afferma che con la giusta fonte di luce, potrebbe essere possibile mantenere continuamente il materiale nel suo stato di superconduttore.

Gli scienziati sanno da tempo che illuminare alcuni materiali con luce a frequenze terahertz e nel medio infrarosso è un buon modo per manipolare le loro proprietà. In alcuni casi, questo metodo può essere utilizzato anche per creare fasi materiali non in equilibrio che non hanno analoghi in condizioni normali.

"Il nostro gruppo ha studiato come utilizzare campi di luce coerente per amplificare o altrimenti migliorare la superconduttività, uno stato che si ottiene generalmente dalla formazione spontanea della coerenza elettronica (l'accoppiamento delle coppie di elettroni)", spiega Andrea Cavalleri, un fisico al Istituto Max Planck per la struttura e la dinamica della materia (MPSD) ad Amburgo, in Germania, che ha guidato lo sforzo di ricerca. “In passato, abbiamo scoperto che in numerosi materiali (i cuprati [ossidi di rame] e alcuni materiali organici come il K₃C₆₀), questo effetto sembra essere possibile."

Nel nuovo lavoro, che è descritto in Fisica della natura, Cavalleri e colleghi hanno dimostrato che la fotoeccitazione del materiale con una sorgente luminosa sintonizzata su 10 THz è molto più efficiente nel produrre l'effetto in K₃C₆₀ rispetto alle tecniche precedenti. In effetti, i ricercatori hanno scoperto che potevano generare lo stesso stato superconduttore di studi precedenti con una fluenza laser 100 volte inferiore. Questo stato superconduttore di non equilibrio dura nanosecondi e appare a temperatura ambiente, rendendo la scoperta “particolarmente significativa”, afferma Cavalleri.

Nuova sorgente ottica

Le frequenze nell'intervallo di pochi terahertz sono particolarmente difficili da produrre per i laser a impulsi ultracorti e l'ultimo risultato è stato reso possibile dallo sviluppo di una nuova sorgente ottica. Questa sorgente si basa su impulsi trillati e i ricercatori dell’MPSD l’hanno fabbricata utilizzando una combinazione di tecniche. In un lavoro successivo pubblicato in Nature Communications, hanno inoltre dimostrato di poter integrare la sorgente in un chip, che secondo loro potrebbe portare a una gamma più ampia di applicazioni optoelettroniche.

Secondo i ricercatori, una sorgente luminosa con un tasso di ripetizione più elevato – cioè una durata più breve tra gli impulsi laser consecutivi – potrebbe consentire allo stato superconduttore metastabile di durare più a lungo. "Se potessimo fornire ogni nuovo impulso prima che il campione ritorni al suo stato di equilibrio non superconduttivo, potrebbe essere possibile mantenere continuamente lo stato simile a quello superconduttivo", spiega il membro del team Edward Rowe.

Cavalleri è ancora più ottimista. "Stiamo raggiungendo un regime che non è lontano da quello in cui si potrebbe immaginare di pilotare superconduttori con sorgenti di onda continua per ottenere un funzionamento a temperatura ambiente a regime stazionario", dice Mondo della fisica. “Potremmo immaginare di ottenere questo effetto in condizioni stazionarie con solo pochi watt di potenza”. Il principale collo di bottiglia, aggiunge, è la carenza di sorgenti luminose a onda continua disponibili a 10 THz.

La radiazione terahertz aziona un diffrattometro elettronico ultraveloce compatto

Il team dell’MPSD prevede ora di caratterizzare lo stato metastabile simile a un superconduttore allo stesso livello di precisione possibile all’equilibrio, con l’obiettivo di comprendere meglio i meccanismi microscopici alla base della superconduttività fotoindotta. Tra le altre quantità, sperano di misurare le proprietà magnetiche ed elettriche dello stato, la struttura atomica e forse fenomeni quantistici come il tunneling degli elettroni, gli effetti di prossimità e altri fenomeni correlati. “Sarà interessante anche pensare a nuove potenziali applicazioni per tale sistema nell’optoelettronica quantistica”, afferma Cavalleri.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/terahertz-laser-induces-room-temperature-superconducting-phase-in-a-fullerene-compound/