Lysimpulser giver en ny rute til at forbedre superledningsevnen

Under normal elektronbåndsteori, Mott-isolatorer burde lede elektricitet, men det gør de ikke på grund af interaktioner mellem deres elektroner. Men nu, forskere fra RIKEN-klyngen for banebrydende forskning har vist, at lysimpulser kunne bruges til at omdanne disse materialer ud over simple ledere til superledere - materialer, der leder elektricitet uden energitab. Denne proces ville ske gennem en ukonventionel type superledning kendt som "eta-parring".

Ved hjælp af numeriske simuleringer, forskerne fandt, at denne ukonventionelle type ledningsevne, som menes at finde sted under ikke-ligevægtsforhold i stærkt korrelerede materialer såsom high-Tc cuprates og jern-pnictider, opstår på grund af et fænomen kendt som eta-parring. Dette er forskelligt fra superledningsevnen observeret i de samme stærkt korrelerede materialer under ligevægtsbetingelser, og menes at involvere frastødende interaktioner mellem visse elektroner i strukturen. Det er også forskelligt fra traditionel superledning, hvor fænomenet opstår på grund af interaktioner mellem elektroner og vibrationer i krystalstrukturen, inducere gensidige interaktioner mellem elektroner gennem vibrationer og dermed overvinde frastødningen mellem elektronerne.

For tredive år siden, den matematiske fysiker Chen-Ning Yang foreslog oprindeligt ideen om eta-parring, men fordi det var et rent matematisk koncept, det blev forstået som et virtuelt fænomen, der ikke ville finde sted i den virkelige verden. Men for nærværende undersøgelse, forskerne brugte ikke-ligevægtsdynamik til at analysere effekten af ​​lysimpulser på en Mott-isolator, og fandt ud af, at effekten faktisk ville ske i den virkelige verden. "Hvad er interessant, " siger førsteforfatter Tatsuya Kaneko, en postdoc forsker ved RIKEN Cluster for Pioneering Research, "er, at vores beregninger viste, at dette foregår ud fra den smukke matematiske struktur, som Yang og hans tilhængere formulerede for så mange år siden."

Ifølge Seiji Yunoki, der ledede forskerholdet, "Dette arbejde giver ny indsigt ikke kun i fænomenet ikke-ligevægtsdynamik, men kan også føre til udvikling af nye højtemperatur-superledere, som kunne være nyttige i applikationer. Det, der er tilbage, er at udføre faktiske eksperimenter med Mott-isolatorer for at verificere, at denne proces rent faktisk finder sted."