超導(dǎo)性是一種量子效應(yīng)，也是一種在不損耗材料的情況下傳輸電流的能力。然而盡管經(jīng)過(guò)了多年的研究，它仍然局限于極低的溫度下。如今，來(lái)自德國(guó)MPSD的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已成功創(chuàng)造出一種亞穩(wěn)態(tài)，它可以讓分子固體的電阻消失，其方法是將分子固體暴露在精細(xì)調(diào)諧的強(qiáng)中紅外脈沖中。

這種效應(yīng)在2016年已經(jīng)得到證實(shí)，然而當(dāng)時(shí)只持續(xù)了很短的一段時(shí)間，但在新研究中，其壽命要長(zhǎng)得多，比之前的長(zhǎng)了近1萬(wàn)倍。光誘導(dǎo)超導(dǎo)的長(zhǎng)壽命使其有望應(yīng)用于集成電子技術(shù)。

超導(dǎo)是現(xiàn)代物理學(xué)中最迷人、最神秘的現(xiàn)象之一。它描述了某些材料在冷卻到臨界溫度以下時(shí)突然失去電阻的現(xiàn)象。然而這種冷卻的需要仍限制了這些材料的技術(shù)可用性。

近年來(lái)，MPSD的Andrea Cavalleri團(tuán)隊(duì)的研究表明，在比光刺激下更高的溫度下，強(qiáng)紅外光脈沖是一種可行工具，它可以誘導(dǎo)各種不同材料的超導(dǎo)性能。然而到目前為止，這些奇異的狀態(tài)僅持續(xù)了幾皮秒，因此將研究它們的實(shí)驗(yàn)方法限制在超快光學(xué)上。

Cavlleri團(tuán)隊(duì)的研究人員目前已經(jīng)設(shè)法將有機(jī)超導(dǎo)體K3C60的光誘導(dǎo)超導(dǎo)狀態(tài)壽命延長(zhǎng)了四個(gè)數(shù)量級(jí)以上。“我們發(fā)現(xiàn)了一種長(zhǎng)期存在的狀態(tài)，其電阻消失的溫度比超導(dǎo)在沒(méi)有光激發(fā)的情況下開(kāi)始時(shí)的溫度要高出5倍，”該研究的第一作者M(jìn)atthias Budden說(shuō)道。

“這次成功的關(guān)鍵因素是我們開(kāi)發(fā)了一種新型激光源，它可以產(chǎn)生高強(qiáng)度、中紅外光脈沖，持續(xù)時(shí)間可從1皮秒到1納秒不等，”研究論文合著者Thomas Gebert補(bǔ)充道。據(jù)悉，這種新型激光則是基于具有較長(zhǎng)納秒脈沖的高功率氣體激光器跟超精確節(jié)奏短得多的固態(tài)激光脈沖的同步。

當(dāng)這種長(zhǎng)而強(qiáng)的紅外光脈沖擊中材料時(shí)，它們會(huì)引起分子振動(dòng)、晶格扭曲甚至電子構(gòu)型的改變。考慮到這些過(guò)程的復(fù)雜性，研究者提出了幾種截然不同的理論來(lái)描述光增強(qiáng)超導(dǎo)物理學(xué)也就不足為奇。令人驚訝的是，在新研究中研究者發(fā)現(xiàn)，在光激發(fā)后超導(dǎo)性持續(xù)了幾十納秒。這些超導(dǎo)體狀態(tài)顯著延長(zhǎng)了壽命，這使得研究團(tuán)隊(duì)能夠系統(tǒng)地研究材料的電阻。雖然還沒(méi)有對(duì)K3C60光誘導(dǎo)超導(dǎo)性的微觀描述，但這些結(jié)果為當(dāng)前的理論提供了新基準(zhǔn)。

“最重要的是，”Matthias Budden總結(jié)道，“我們的工作為光誘導(dǎo)邁斯納效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)鋪平了道路，并啟發(fā)了超導(dǎo)電路在基于最先進(jìn)高速電子器件的集成設(shè)備中的應(yīng)用。這些應(yīng)用包括極其敏感的磁場(chǎng)傳感器、高性能量子計(jì)算和無(wú)損電力傳輸。更普遍來(lái)看，憑借將較長(zhǎng)的中紅外激發(fā)脈沖跟電子和磁性能的直接測(cè)量相結(jié)合的新方法，MPSD團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是提高對(duì)復(fù)雜材料中許多有趣現(xiàn)象的控制和理解。”

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