科學家創造出超導性亞穩態:持續時間提高了四個數量級
據外媒報導,超導性是一種量子效應,一種在不損耗材料的情況下傳輸電流的能力。然而儘管經過了多年的研究,它仍然局限於極低的溫度下。現在來自MPSD的一組科學家已經成功地創造了一種亞穩態,它可以讓分子固體的電阻消失,其方法是將分子固體暴露在精細調諧的強激光脈衝中。
這種效應在2016年已經得到證實,然而當時只是持續了很短的一段時間,但新研究中,其壽命要長得多,比之前的長了近1萬倍。光誘導超導的長壽命使其有望應用於集成電子技術。
超導是現代物理學中最迷人、最神秘的現象之一。它描述了某些材料在冷卻到臨界溫度以下時突然失去電阻的現象。然而這種冷卻的需要仍限制了這些材料的技術可用性。
近年來,MPSD的Andrea Cavalleri團隊的研究表明,在比光刺激下更高的溫度下,強紅外光脈衝是一種可行的工具,它可以誘導各種不同材料的超導性能。然而到目前為止,這些奇異的狀態僅持續了幾皮秒,因此將研究它們的實驗方法限制在超快光學上。
Cavlleri小組的研究人員現在已經設法將有機超導體K3C60的光誘導超導狀態壽命延長了四個數量級以上。“我們發現了一種長期存在的狀態,其電阻消失的溫度比超導在沒有光激發的情況下開始時的溫度要高出5倍,”該研究的論文第一作者Matthias Budden說道。
“這次成功的關鍵因素是我們開發了一種新型激光源,它可以產生高強度、中紅外光脈衝,持續時間可從1皮秒到1納秒不等,”研究論文合著者Thomas Gebert補充道。據悉,這種新型激光則是基於具有較長納秒脈衝的高功率氣體激光器跟超精確節奏短得多的固態激光脈衝的同步。
當這種長而強的紅外光脈衝擊中材料時,它們會引起分子振動、晶格扭曲甚至電子構型的改變。考慮到這些過程的複雜性,人們提出了幾種截然不同的理論來描述光增強超導物理學也就不足為奇了。令人驚訝的是,研究人員們在他們的新工作中發現,在光激發後超導性持續了幾十納秒。這些超導體狀態顯著延長了壽命,這使得研究小組能夠系統地研究材料的電阻。雖然還沒有對K3C60光誘導超導性的微觀描述,但這些結果為當前的理論提供了新的基準。
“最重要的是,”Matthias Budden總結道,“我們的工作為光誘導邁斯納效應的實驗鋪平了道路並啟發了超導電路在基於最先進高速電子器件的集成設備中的應用。這些應用包括極其敏感的磁場傳感器、高性能量子計算和無損電力傳輸。更普遍地說,由於將較長的中紅外激發脈衝跟電子和磁性能的直接測量相結合的新方法,MPSD團隊的目標是提高對複雜材料中許多有趣現象的控制和理解。”