德国马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所的一组研究人员探索了通过定制的激光驱动器操纵量子材料远离平衡的特性的效果，他们发现了一种更有效的方法，可以在使用激光在富勒烯基材料中创建先前观察到的亚稳态超导态。
通过将光源调谐到10 THz，比以前更低的频率，该小组在富勒烯基材料中重建了一种长寿命的超导态，同时将脉冲强度降低了100倍。虽然研究人员设法在室温下直接观察这种光诱导状态100皮秒，但他们预测它的寿命至少为0.5纳秒。
“多年来，我们一直对材料的非线性响应感兴趣，特别是固体中的分子模式或声子模式如何被驱动到大振幅，”马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所的创始主任Andrea Cavalleri说，汉堡大学和牛津大学的物理学教授。“在这种状态下发生了许多新现象，其中之一就是超导性等电子特性的放大。
该小组的研究结果有助于揭示有关光诱导超导的潜在微观机制的更多细节。“共振频率的确定将使理论家能够理解哪些激励是重要的，因为在K3C60中没有广泛接受的这种效应的理论解释，”与Cavalleri合作的博士生Edward Rowe说。
在10 THz频率下具有较高重复频率的光源可能有助于更长时间地维持亚稳态。“如果我们能够在样品恢复到非超导平衡状态之前传递每个新脉冲，就有可能持续维持超导状态，”Rowe说。
超导性的放大
该小组的工作基于晶格振动的激发，然后通过电子声子耦合将其耦合到系统的电子自由度。
“尽管微观物理学还远未明确，但这些模式的相干调制似乎可以'冷却'超导电子内的波动，减少退相干并在非驱动系统或平衡系统中不可能达到的温度下稳定超导性，”Cavalleri说。
一类新的物理现象正在等待研究和开发——它与用光控制材料的功能有关。“现阶段的瓶颈是中红外和太赫兹光源的可用性和复杂性，它们大多是宽带单周期光源，”Cavalleri解释说。“能够覆盖1至20 THz光谱区域的窄带可调谐激光器和放大器将对材料研究和技术产生变革性影响。
该小组的结果是经过十年的研究得出的，他们的进步是对材料响应泵频率进行系统表征的结果。“但效率提高 100 倍是一个引人注目且出乎意料的结果，而且非常有益，”Cavalleri 说。
一路走来，我们遇到了一些挑战。Cavalleri 补充道：“光学参量放大器的设计、在稳定条件下的工作以及 K3C60 样品的制备都非常具有挑战性。
未来的高速设备?
虽然现在确切知道该团队的工作将实现哪些类型的应用还为时过早，但“如果这些材料可以按照与用于磁操纵和传感或电气传输的超导平台相同的标准进行设计，并且如果太赫兹激光器在复杂的实验室环境之外得到更广泛的使用，我们可以设想在高速设备中的应用。“卡瓦列里说。
团队的下一步是什么?“我们现在正在开发平台来研究这些材料的磁和电响应，并有兴趣探索激光驱动下量子隧穿的影响，”Cavalleri说。
