Styring af superledere med lys

En forsker ved Center for Teoretisk Fysik af Komplekse Systemer ved Institut for Grundvidenskab (IBS, Sydkorea), Professor Ivan Savenko, har rapporteret en konceptuelt ny metode til at studere egenskaberne af superledere ved hjælp af optiske værktøjer. Teorien blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve og medforfatter af læge Vadim Kovalev, fysiker ved A.V. Rzhanov Institute of Semiconductor Physics (Rusland).

Under noget temperatur, et materiales resistivitet kan forsvinde, og superledende egenskaber dukker op. Disse er normalt ekstremt lave temperaturer, mellem -200 grader C og -272 grader C, hvor almindeligt ubundne elektroner pludselig ændrer deres adfærd og parrer sig, danner Cooper -par. Denne overgang manifesterer sig med superstrømme, som kan cirkulere i materialet for evigt uden tab.

Imidlertid, superledende egenskaber kan forekomme lidt over den kritiske temperatur. I dette såkaldte fluktuerende regime, Cooper-par begynder at dukke op og forsvinder, drastisk ændring af superlederens elektriske ledningsevne og andre egenskaber. For mere end halvtreds år siden, Aslamazov og Larkin udviklede en teori, der siger, at ledningsevnen for svingende superledere medieres af både ubundne elektroner og Cooper -par. Imidlertid, fluktuerende superledning er så udfordrende et forskningsemne, at det fortsat bliver undersøgt. I denne nye undersøgelse, forskerne foreslår en måde at overvåge disse elektrontransportfænomener med optisk spektroskopi, en eksperimentelt tilgængelig optisk platform.

"Selvom de resistivitetsbaserede og magnetiske metoder til overvågning af superledere er veletablerede, det er meget svært at "gifte sig" med lys og superledning, " forklarer Savenko. "Dette er et varmt forskningsfelt, hvor vi kan forvente nye opdagelser inden for fundamental videnskab og innovative applikationer."

Superledning og lys er to tilsyneladende uafhængige fænomener. Som regel, superledere er ikke særlig følsomme over for eksternt lys:de kan kun svagt interagere med det, og hellere tjene som spejle. Dette studie, i stedet, viser, at lys ved terahertz (THz) frekvenser, der ligger mellem radio- og infrarøde domæner, kunne bruges til optisk at udforske superlederes egenskaber.

Forskerne modellerede de optiske og elektriske reaktioner på et 2-D svingende halvledende lag udsat for THz-bølger. Nærmer sig den kritiske temperatur, de nye Cooper -par forårsager betydelige ændringer i elektrisk ledningsevne og lysabsorption fra systemet. De ubundne elektroner fungerer som mediatorer, interagerer med både Cooper -par og lys.

"Det design, vi udviklede, er meget enkelt. Derfor er vi mener, at vores opdagelse kan være gældende for flere sager, " siger Savenko. "Vi forventer, at det tilsvarende eksperiment vil blive udført i den nærmeste fremtid. Det skal enten vise ændringen af ​​den elektriske strøm, eller ændring af det reflekterede eller transmitterede lysspektrum afhængigt af tætheden af ​​Cooper -parene. "