科学家创造出超导性亚稳态:持续时间提高了四个数量级

2021年04月11日 10:30 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,超导性是一种量子效应,一种在不损耗材料的情况下传输电流的能力。然而尽管经过了多年的研究,它仍然局限于极低的温度下。现在来自MPSD的一组科学家已经成功地创造了一种亚稳态,它可以让分子固体的电阻消失,其方法是将分子固体暴露在精细调谐的强激光脉冲中。

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这种效应在2016年已经得到证实,然而当时只是持续了很短的一段时间,但新研究中,其寿命要长得多,比之前的长了近1万倍。光诱导超导的长寿命使其有望应用于集成电子技术。

超导是现代物理学中最迷人、最神秘的现象之一。它描述了某些材料在冷却到临界温度以下时突然失去电阻的现象。然而这种冷却的需要仍限制了这些材料的技术可用性。

近年来,MPSD的Andrea Cavalleri团队的研究表明,在比光刺激下更高的温度下,强红外光脉冲是一种可行的工具,它可以诱导各种不同材料的超导性能。然而到目前为止,这些奇异的状态仅持续了几皮秒,因此将研究它们的实验方法限制在超快光学上。

Cavlleri小组的研究人员现在已经设法将有机超导体K3C60的光诱导超导状态寿命延长了四个数量级以上。“我们发现了一种长期存在的状态,其电阻消失的温度比超导在没有光激发的情况下开始时的温度要高出5倍,”该研究的论文第一作者Matthias Budden说道。

“这次成功的关键因素是我们开发了一种新型激光源,它可以产生高强度、中红外光脉冲,持续时间可从1皮秒到1纳秒不等,”研究论文合著者Thomas Gebert补充道。据悉,这种新型激光则是基于具有较长纳秒脉冲的高功率气体激光器跟超精确节奏短得多的固态激光脉冲的同步。

当这种长而强的红外光脉冲击中材料时,它们会引起分子振动、晶格扭曲甚至电子构型的改变。考虑到这些过程的复杂性,人们提出了几种截然不同的理论来描述光增强超导物理学也就不足为奇了。令人惊讶的是,研究人员们在他们的新工作中发现,在光激发后超导性持续了几十纳秒。这些超导体状态显著延长了寿命,这使得研究小组能够系统地研究材料的电阻。虽然还没有对K3C60光诱导超导性的微观描述,但这些结果为当前的理论提供了新的基准。

“最重要的是,”Matthias Budden总结道,“我们的工作为光诱导迈斯纳效应的实验铺平了道路并启发了超导电路在基于最先进高速电子器件的集成设备中的应用。这些应用包括极其敏感的磁场传感器、高性能量子计算和无损电力传输。更普遍地说,由于将较长的中红外激发脉冲跟电子和磁性能的直接测量相结合的新方法,MPSD团队的目标是提高对复杂材料中许多有趣现象的控制和理解。”

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