在芯片上實現光誘超導性

德國漢堡馬克斯普朗克物質結構與動力學研究所（MPSD）的研究人員介紹，用激光束開啟超導性能可以集成在芯片上，開辟了一條通往光電應用的道路。

他們的研究結果發表在《自然·通訊》上，并且光激發K3C60的電響應不是線性的，即樣品的電阻取決于施加的電流。這是超導電性的一個關鍵特征，驗證了之前的一些觀察結果，并為K3C60薄膜的物理學提供了新的信息和觀點。

對材料進行光學操縱以在高溫下產生超導電性是MPSD的一個關鍵研究重點。到目前為止，這種策略已經在幾種量子材料中取得了成功，包括銅酸鹽、k-(ET)2-X和K3C60。在這些材料的光驅動態的先前研究中，已經觀察到增強的電相干性和消失的電阻。

在這項研究中，來自 Cavalleri 小組的研究人員部署了片上非線性太赫茲光譜，以開拓皮秒傳輸測量領域（皮秒是萬億分之一秒）。他們將 K3C60 薄膜連接到具有共面波導的光電導開關。

測量設置，其中中紅外和可見光束聚焦在光電器件上。

他們使用可見激光脈沖觸發開關，通過材料發送持續僅一皮秒的強電流脈沖。電流脈沖以光速的一半穿過固體后，到達另一個開關，該開關作為探測器，揭示了重要信息，如超導電性的特征電信號。

通過同時將K3C60薄膜暴露于中紅外光下，研究人員能夠觀察到光激發材料中的非線性電流變化。這種所謂的臨界電流行為和邁斯納效應是超導體的兩個關鍵特征。然而，到目前為止，兩者都沒有被測量過，這使得在激發的固體中演示臨界電流行為尤為重要。此外，該團隊發現，K3C60的光驅動狀態類似于所謂的顆粒超導體，由弱連接的超導島組成。

MPSD具有獨特的優勢，可以在皮秒尺度上進行此類測量，其芯片上的設置是在內部設計和構建的。主要作者、卡瓦列里小組的科學家王怡琳說：“我們開發了一種技術平臺，非常適合探測非平衡狀態下的非線性輸運現象，如非線性和反�；魻栃�應、安德列夫反射等”。此外，非平衡超導與光電子平臺的整合可能會導致基于這種效應的新器件。

安德烈·卡瓦列里（Andrea Cavalleri）是該研究小組的創始人，目前擔任該小組的負責人，他補充道：“這項工作突顯了漢堡MPSD的科技發展，在那里，新的實驗方法不斷被開發出來，以實現新的科學理解。我們一直在研究超快電輸運方法近十年，現在能夠研究非平衡材料中的許多新現象，并有可能在技術上帶來持久的變化�！�

相關鏈接：https://phys.org/news/2023-11-photo-induced-superconductivity-chip.html