Llum de terahertz procedent de ratlles superconductores


Llum de terahertz procedent de ratlles superconductores

Els cuprats superconductors d’alta temperatura emeten radiació THz una vegada que la seva superfície s’il·lumina amb polsos òptics ultracurts. Aquest efecte només es produeix en compostos en què la superconductivitat coexisteix amb l’ordre de la banda de càrrega. Crèdit: Jörg Harms, MPSD

Per què alguns materials transporten corrents elèctrics sense cap resistència només quan es refreden a prop del zero absolut, mentre que altres ho fan a temperatures relativament altes? Aquesta pregunta clau continua molestant els científics que estudien el fenomen de la superconductivitat. Ara, un equip d’investigadors del grup d’Andrea Cavalleri a l’Institut Max Planck per a l’Estructura i la Dinàmica de la Matèria (MPSD) d’Hamburg ha proporcionat proves que les “bandes” d’electrons en determinats compostos a base de coure poden provocar una ruptura en la simetria del cristall del material. , que persisteix fins i tot en el seu estat superconductor. El seu treball ha estat publicat a PNAS.

Centrant-se en una varietat de cuprates, l’equip va investigar la convivència i la competència dels seus estat superconductor amb altres fases quàntiques. Es creu que aquestes interaccions són crucials per al desenvolupament de la superconductivitat a alta temperatura, un procés que segueix sent un dels problemes no resolts més importants de la física de la matèria condensada actual.

Els investigadors van exposar diversos cristalls de cuprat, cultivats i caracteritzats als Brookhaven National Labs, a polsos de llum làser ultracurts. Van observar com els materials van començar a emetre un tipus particular de llum de terahertz (THz), una tècnica coneguda com a espectroscòpia d’emissió de THz.

Normalment, aquestes emissions només es produeixen en presència d’un camp magnètic o corrent polaritzant. Tanmateix, l’equip de MPSD va sondejar els cuprates sense aplicar cap biaix extern i va descobrir una emissió de THz “anòmala” en alguns d’ells. Aquests compostos presentaven l’anomenat ordre de banda de càrrega, on els electrons s’organitzen en patrons de cadena en lloc de moure’s lliurement. L’ordre de la banda de càrrega sembla trencar la simetria del cristall del material, tal com ho faria un camp magnètic o un corrent aplicat, amb aquesta ruptura de simetria que persisteix en l’estat superconductor.

“En fer experiments amb diversos compostos”, diu Daniele Nicoletti, l’autor principal de l’article, “ens va sorprendre molt trobar una emissió clara de THz coherent i gairebé d’un sol color en alguns superconductors i, per contra, una manca total de resposta en d’altres. van poder associar les característiques d’emissió de THz amb una certesa raonable amb la presència d’un ordre de banda de càrrega, una fase ordenada peculiar que es troba en diverses famílies de cuprats, que es creu que té un paper en el mecanisme subjacent a la superconductivitat a alta temperatura. provocar una ruptura de simetria en el superconductor, la presència de la qual no s’havia trobat amb altres tècniques experimentals en el passat”.

En col·laboració amb físics de la Universitat de Harvard, ETH Zurich i la divisió teòrica del MPSD, l’equip ha proporcionat una explicació detallada d’aquesta fenomenologia. Partint de l’observació que l’emissió coherent de THz es produeix molt a prop de la “freqüència del plasma de Josephson”, que és la freqüència de túnel de ressonància dels parells d’electrons superconductors a través dels plans cristal·lins de coure-oxigen, els investigadors van identificar els anomenats “plasmons de Josephson de superfície” com a la font d’emissió. Aquests són anàlegs de les ones sonores que es desenvolupen a la interfície entre el superconductor i l’entorn extern. En principi es tracta de modes “silenciosos”, és a dir, no s’acoblen directament amb la llum i, per tant, no s’espera que irradiïn. Tanmateix, és precisament la presència de la modulació de càrrega introduïda per ordre de banda la que proporciona l’acoblament necessari amb el món exterior i permet que aquests modes s’il·luminin.

El treball de l’equip proporciona nous coneixements importants sobre els processos que condueixen a la superconductivitat a alta temperatura. També revela una emissió anòmala coherent de THz com una eina sensible per sondejar la simetria dels superconductors en presència d’altres fases. Els investigadors creuen que s’hauria d’aplicar a una classe més àmplia de compostos en el futur, obrint noves possibilitats per entendre la física de les interaccions complexes en aquests materials.


Nova visió de la superconductivitat no convencional


Més informació:
D. Nicoletti et al, Coherent emission from surface Josephson plasmons in striped cuprates, Actes de l’Acadèmia Nacional de Ciències (2022). DOI: 10.1073/pnas.2211670119

Proporcionat per
Societat Max Planck


Citació: Llum de terahertz de ratlles superconductores (2022, 22 de setembre) recuperada el 23 de setembre de 2022 a https://phys.org/news/2022-09-terahertz-superconducting-stripes.html

Aquest document està subjecte a drets d’autor. A part de qualsevol tracte just amb finalitats d’estudi o investigació privats, no es pot reproduir cap part sense el permís per escrit. El contingut es proporciona només amb finalitats informatives.