Терахерцова светлина от свръхпроводящи ивици


Терахерцова светлина от свръхпроводящи ивици

Високотемпературните свръхпроводящи купрати излъчват THz радиация, след като повърхността им е осветена с ултракъси оптични импулси. Този ефект се проявява само в съединения, в които свръхпроводимостта съществува съвместно с реда на лентите на заряда. Кредит: Йорг Хармс, MPSD

Защо някои материали пренасят електрически ток без никакво съпротивление само когато са охладени до почти абсолютна нула, докато други го правят при сравнително високи температури? Този ключов въпрос продължава да тревожи учените, изучаващи явлението свръхпроводимост. Сега екип от изследователи от групата на Андреа Кавалери в Института Макс Планк за структурата и динамиката на материята (MPSD) в Хамбург предостави доказателства, че електронните “ивици” в някои съединения на медна основа могат да доведат до нарушаване на кристалната симетрия на материала , което продължава дори в тяхното свръхпроводящо състояние. Работата им е публикувана в PNAS.

Фокусирайки се върху набор от купрати, екипът изследва съвместното съществуване и конкуренцията между тях свръхпроводящо състояние с други квантови фази. Смята се, че такива взаимодействия са от решаващо значение за развитието на високотемпературна свръхпроводимост – процес, който остава един от най-важните нерешени проблеми във физиката на кондензираната материя днес.

Изследователите излагат няколко купратни кристала, отгледани и характеризирани в Brookhaven National Labs, на ултракъси лазерни светлинни импулси. Те наблюдават как материалите започват да излъчват определен тип терагерцова (THz) светлина – техника, известна като THz емисионна спектроскопия.

Обикновено такива емисии възникват само в присъствието на магнитно поле или поляризиращ ток. Екипът на MPSD обаче изследва купратите, без да прилага външно отклонение, и откри “аномално” THz излъчване в някои от тях. Тези съединения се характеризират с така наречения ред на зарядни ивици – където електроните се подреждат във верижни модели, вместо да се движат свободно. Редът на зарядните ивици изглежда нарушава кристалната симетрия на материала, точно както би направило магнитно поле или приложен ток, като това нарушаване на симетрията продължава в свръхпроводящото състояние.

„Чрез извършване на експерименти с различни съединения,“ казва Даниеле Николети, водещият автор на статията, „бяхме много изненадани да открием ясно кохерентно и почти едноцветно THz излъчване в някои свръхпроводници и, обратно, пълна липса на реакция в други. Ние успяха да свържат характеристиките на емисиите на THz с разумна сигурност с наличието на ред на зарядни ивици, особена подредена фаза, открита в различни семейства купрати, за която се смята, че играе роля в механизма, лежащ в основата на високотемпературната свръхпроводимост. да предизвика нарушаване на симетрията в свръхпроводника, чието присъствие не е било открито от други експериментални техники в миналото.”

В сътрудничество с физици от Харвардския университет, ETH Цюрих и теоретичното подразделение на MPSD, екипът е предоставил подробно обяснение за тази феноменология. Започвайки от наблюдението, че кохерентната THz емисия се появява много близо до “плазмената честота на Джоузефсън”, която е резонансната тунелна честота на свръхпроводящи електронни двойки през кристалните медно-кислородни равнини, изследователите идентифицираха така наречените “повърхностни Джоузефсонови плазмони” като източника на емисия. Това са аналози на звукови вълни, които се развиват на границата между свръхпроводника и външната среда. По принцип това са “тихи” режими, което означава, че те не се свързват директно със светлината и следователно не се очаква да излъчват. Въпреки това, именно наличието на модулация на заряда, въведена чрез ред на ивици, осигурява необходимото свързване с външния свят и позволява тези режими да светнат.

Работата на екипа предоставя важна нова представа за процесите, водещи до високотемпературна свръхпроводимост. Той също така разкрива кохерентно аномално THz излъчване като чувствителен инструмент за изследване на симетрията на свръхпроводниците в присъствието на други фази. Изследователите смятат, че трябва да се приложи към по-широк клас съединения в бъдеще, отваряйки нови възможности за разбиране на физиката на сложните взаимодействия в тези материали.


Нов поглед върху нетрадиционната свръхпроводимост


Повече информация:
D. Nicoletti et al, Кохерентно излъчване от повърхностни Джоузефсонови плазмони в ивици купрати, Сборник на Националната академия на науките (2022). DOI: 10.1073/pnas.2211670119

Предоставена от
Общество Макс Планк


Цитат: Терахерцова светлина от свръхпроводящи ивици (2022 г., 22 септември), извлечено на 23 септември 2022 г. от https://phys.org/news/2022-09-terahertz-superconducting-stripes.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяко честно отношение за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието се предоставя само за информационни цели.