超導性(一種材料無損失地傳輸電流的能力)是一種量子效應,儘管經過了多年的研究,但仍僅限於非常低的溫度。現在,MPSD的一組科學家透過將分子暴露於微調的強鐳射脈衝中,成功地在分子固體中建立了亞穩狀態,電阻消失了。這種效應在2016年僅被證明了很短的時間,但是在一項新研究中,該論文的作者顯示出更長的時間,比以前長了近10.000倍。光誘導的超導電性的長時間有望用於整合電子產品。Budden等人的研究。已發表在《自然物理學》上。
超導性是現代物理學中最迷人,最神秘的現象之一。它描述了某些材料被冷卻到臨界溫度以下時突然失去的電阻。但是,對這種冷卻的需求仍然限制了這些材料的技術可用性。
近年來,MPSD的Andrea Cavalleri小組的研究表明,強烈的紅外脈衝是一種可以在比沒有光刺激的情況下高得多的溫度下,在各種不同的材料中誘導超導特性的可行工具。但是,到目前為止,這些奇異狀態僅持續了幾皮秒(萬億分之一秒),因此將研究它們的實驗方法限制在超快光學上。
據報道本週取得了突破性進展。Cavalleri小組的研究人員現在已經設法將這種光誘導的超導狀態的壽命提高了四個以上,這是基於富勒烯的有機超導體K3C60(由60個碳原子形成的“足球”分子) 。研究時的主要作者馬蒂亞斯·布登(Matthias Budden)說:“我們發現了一種長壽命狀態,該狀態的電阻在沒有光激發的情況下的超導溫度高出五倍,而電阻消失了。”
共同作者托馬斯·吉伯特(Thomas Gebert)補充說:“取得成功的關鍵因素是我們開發了一種新型的鐳射源,該鐳射源可以產生高強度的中紅外光脈衝,其持續時間從大約1皮秒到1納秒可調。” 新的鐳射器型別基於具有相對長的納秒脈衝的高功率氣體鐳射器與更短的固態鐳射脈衝的超精確節奏的同步。
當如此長而強烈的紅外線脈衝撞擊材料時,它們會引起分子振動,晶格畸變,甚至改變電子結構。考慮到這些過程的複雜性,毫不奇怪的是,已經提出了幾種完全不同的理論來描述光增強超導的物理學。令人驚訝的是,作者在他們的新工作中發現,光導後超導性持續了數十納秒。超導狀態的這些顯著延長的壽命使研究小組能夠系統地研究材料的電阻。雖然是K 3 C 60中光誘導超導的微觀描述仍然缺少,這些結果代表了當前理論的新基準。
Matthias Budden總結說:“最重要的是,我們的工作為光誘導的邁斯納效應的緊迫實驗鋪平了道路,並激發了有關將超導電路應用於基於最新高速電子裝置的整合裝置的想法。 ” 這些應用包括極靈敏的磁場感測器,高效能量子計算和無損功率傳輸。更一般而言,由於採用了將較長的中紅外激發脈衝與直接測量電子和磁性相結合的新穎方法,MPSD團隊致力於改善對複雜材料中許多引人入勝的現象的控制和理解。