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宽可调太赫兹激光器增强K3C60中的光致超导性
发布时间:2023-11-23 15:09:22 阅读:409

来源:Jenny Witt, Max Planck Society;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 马琨 编译

K3C60的晶体结构和相图。a.有机分子固体K3C60的晶体结构。C60分子位于面心立方晶格的顶点。钾原子(红色)占据间隙。b.fcc- A3C60碱掺杂富勒烯族化合物的压力-温度相图,显示超导、金属、顺磁绝缘 (PI) 和反铁磁绝缘(AFI)相的存在。物理压力调节C60分子之间的间距。灰线表示绝缘化合物和金属/超导化合物之间的边界。蓝色阴影区域表示在平衡状态下观察到超导性的位置。星星表示本研究中研究的K3C60化合物,该化合物在20K的临界温度(Tc)以下超导。图片来源:《Nature Physics》(2023)。DOI:10.1038/s41567-023-02235-9

    位于德国汉堡的马克斯•普朗克物质结构与动力学研究所 (MPSD) 的研究人员长期以来一直在探索使用定制激光驱动器来操纵量子材料的特性偏离平衡状态的效果。这些物理学最引人注目的示范之一是非常规超导体,其中增强的电子相干性和超级输运的特征已在由此产生的非平衡态中被记录下来。

    然而,主要是由于实验的复杂性,这些现象尚未得到系统研究或优化。因此,技术应用仍然与现实相距甚远。

    在最近的一项实验中,同一组研究人员发现了一种更有效的方法,可以使用激光在K3C60中创建先前观察到的亚稳态、类超导状态。卡瓦莱里小组的研究成果发表在《自然物理学》杂志上。

    研究人员表明,当将激光调谐到特定的低频共振时,强度低得多的光脉冲可以在更高的温度下产生相同的效果。该研究所开发的激光技术是这项工作的关键。通过将光源调整到10THz(比以前可能的频率更低),该团队成功地在富勒烯基材料中重现了长寿命的类超导状态,同时将脉冲强度降低了100倍。

    直接观察到这种光诱导状态在室温下持续 100 皮秒,但预计其寿命至少为0.5纳秒(纳秒是十亿分之一秒,皮秒是万亿分之一)。

    他们的发现为光诱导超导的潜在微观机制提供了新的线索。研究报告的主要作者、Cavalleri小组的博士生爱德华•罗(Edward Rowe)说到:“共振频率的识别将使理论学家能够了解哪些激发实际上很重要,因为目前还没有广泛可接受的理论解释K3C60中的这种效应。”

    Rowe设想,在10THz频率下具有更高重复率的光源可以帮助维持亚稳态更长时间:“如果我们能够在样品返回其非超导平衡状态之前传递每个新脉冲,那么就有可能持续维持类超导状态。”

    MPSD主任安德里亚•卡瓦莱里 (Andrea Cavalleri) 表示:“这些实验很好地证明了技术的进步是如何能够使许多迄今为止不切实际的现象变得可行的。”他认为,在探索这些效应方面,长达两年的努力将汇聚到未来的技术中。“很明显,需要解决的一个关键瓶颈是激光源的类型和可用性,这应该与这些研究齐头并进,以推动该领域的发展。”

 
 

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