Terahercna svjetlost iz supravodljivih traka


Terahercna svjetlost iz supravodljivih traka

Visokotemperaturni supravodljivi kuprati emitiraju THz zračenje nakon što je njihova površina osvijetljena ultrakratkim optičkim impulsima. Taj se učinak javlja samo u spojevima u kojima supravodljivost postoji zajedno s redom naboja. Zasluge: Jörg Harms, MPSD

Zašto neki materijali prenose električnu struju bez ikakvog otpora samo kada su ohlađeni do gotovo apsolutne nule, dok drugi to rade na relativno visokim temperaturama? Ovo ključno pitanje i dalje muči znanstvenike koji proučavaju fenomen supravodljivosti. Sada je tim istraživača iz grupe Andrea Cavallerija na Institutu Max Planck za strukturu i dinamiku materije (MPSD) u Hamburgu pružio dokaze da “pruge” elektrona u određenim spojevima na bazi bakra mogu dovesti do prekida kristalne simetrije materijala. , koji opstaju čak i u njihovom supravodljivom stanju. Njihov rad je objavljen u PNAS.

Usredotočujući se na niz kuprata, tim je istraživao njihov suživot i konkurenciju supravodljivo stanje s drugim kvantnim fazama. Vjeruje se da su takve interakcije ključne za razvoj visokotemperaturne supravodljivosti—procesa koji ostaje jedan od najvažnijih neriješenih problema u današnjoj fizici kondenzirane tvari.

Istraživači su izložili nekoliko kupratnih kristala, uzgojenih i karakteriziranih u Brookhaven National Labsu, ultrakratkim laserskim svjetlosnim impulsima. Promatrali su kako su materijali počeli emitirati određenu vrstu teraherca (THz) svjetlosti—tehnika poznata kao THz emisijska spektroskopija.

Obično se takve emisije događaju samo u prisutnosti magnetskog polja ili polarizirajuće struje. Međutim, tim MPSD-a ispitao je kuprate bez primjene bilo kakve vanjske pristranosti i otkrio “anomalnu” THz emisiju u nekima od njih. Ti su spojevi imali takozvani poredak pruga naboja—gdje se elektroni raspoređuju u lančane uzorke umjesto da se slobodno kreću. Čini se da redoslijed pruga naboja narušava kristalnu simetriju materijala, baš kao što bi to učinilo magnetsko polje ili primijenjena struja, pri čemu se to narušavanje simetrije nastavlja u supravodljivom stanju.

“Izvođenjem eksperimenata na raznim spojevima,” kaže Daniele Nicoletti, glavni autor rada, “bili smo vrlo iznenađeni kad smo pronašli jasnu koherentnu i gotovo jednobojnu THz emisiju u nekim supravodičima i, obrnuto, potpuni nedostatak odgovora u drugima. Mi bili u mogućnosti povezati značajke emisije THz s razumnom sigurnošću s prisutnošću reda nabojnih pruga, osebujne uređene faze koja se nalazi u raznim obiteljima kuprata, za koju se vjeruje da igra ulogu u mehanizmu na kojem se temelji visokotemperaturna supravodljivost. Pruge naboja su vjerojatno uzrokovati narušavanje simetrije u supravodiču, čija prisutnost nije otkrivena drugim eksperimentalnim tehnikama u prošlosti.”

U suradnji s fizičarima sa Sveučilišta Harvard, ETH Zurich i teoretskim odjelom MPSD-a, tim je dao detaljno objašnjenje ove fenomenologije. Polazeći od zapažanja da se koherentna THz emisija događa vrlo blizu “Josephsonove plazmonske frekvencije”, što je rezonantna frekvencija tuneliranja supravodljivih elektronskih parova preko ravnina kristalnog bakra i kisika, istraživači su identificirali takozvane “površinske Josephsonove plazmone” kao izvor emisije. To su analozi zvučnih valova koji se razvijaju na sučelju između supravodiča i vanjske okoline. U načelu su to “tihi” modovi, što znači da se ne spajaju izravno sa svjetlom i stoga se ne očekuje da zrače. Međutim, upravo je prisutnost modulacije naboja uvedene trakastim redoslijedom ono što osigurava potrebnu spregu s vanjskim svijetom i omogućuje da ti načini svijetle.

Rad tima pruža važne nove uvide u procese koji dovode do visokotemperaturne supravodljivosti. Također otkriva koherentnu anomalnu THz emisiju kao osjetljiv alat za ispitivanje simetrije supravodiča u prisutnosti drugih faza. Istraživači smatraju da bi se u budućnosti trebao primijeniti na širu klasu spojeva, otvarajući nove mogućnosti za razumijevanje fizike složenih interakcija u tim materijalima.


Novi uvid u nekonvencionalnu supravodljivost


Više informacija:
D. Nicoletti et al, Koherentna emisija površinskih Josephsonovih plazmona u prugastim kupratima, Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti (2022). DOI: 10.1073/pnas.2211670119

Citat: Teraherc svjetlost iz supravodljivih traka (2022., 22. rujna) preuzeto 23. rujna 2022. s https://phys.org/news/2022-09-terahertz-superconducting-stripes.html

Ovaj dokument podliježe autorskim pravima. Osim poštenog poslovanja u svrhu privatnog proučavanja ili istraživanja, niti jedan dio ne smije se reproducirati bez pismenog dopuštenja. Sadržaj je dat samo u informativne svrhe.