Терагерцовый свет от сверхпроводящих полос
Группа исследователей из группы Андреа Каваллери из Института структуры и динамики вещества Макса Планка (MPSD) в Гамбурге предоставила доказательства того, что электронные «полосы» в некоторых соединениях на основе меди могут привести к нарушению кристаллической симметрии материала, который сохраняется даже в их сверхпроводящем состоянии. Их работа была опубликована в PNAS.
Высокотемпературные сверхпроводящие купраты излучают терагерцовое излучение при освещении их поверхности ультракороткими оптическими импульсами. Этот эффект имеет место только в соединениях, в которых сверхпроводимость сосуществует с зарядово-полосковым порядком. Авторы и права: Йорг Хармс, MPSD
Почему одни материалы проводят электрический ток без какого-либо сопротивления только при охлаждении почти до абсолютного нуля, а другие — при сравнительно высоких температурах? Этот ключевой вопрос продолжает волновать ученых, изучающих явление сверхпроводимости. Теперь группа исследователей из группы Андреа Каваллери из Института структуры и динамики вещества Макса Планка (MPSD) в Гамбурге предоставила доказательства того, что электронные «полосы» в некоторых соединениях на основе меди могут привести к нарушению кристаллической симметрии материала. , который сохраняется даже в их сверхпроводящем состоянии. Их работа была опубликована в PNAS .
Сосредоточившись на ряде купратов, команда исследовала сосуществование и конкуренцию их сверхпроводящего состояния с другими квантовыми фазами. Считается, что такие взаимодействия имеют решающее значение для развития высокотемпературной сверхпроводимости — процесса, который сегодня остается одной из важнейших нерешенных проблем физики конденсированного состояния.
Исследователи подвергли несколько кристаллов купрата, выращенных и охарактеризованных в Брукхейвенской национальной лаборатории, воздействию ультракоротких импульсов лазерного излучения. Они наблюдали, как материалы начали излучать особый тип терагерцового (ТГц) света — метод, известный как эмиссионная спектроскопия ТГц.
Обычно такие выбросы возникают только в присутствии магнитного поля или поляризующего тока. Однако команда MPSD исследовала купраты без применения каких-либо внешних смещений и обнаружила в некоторых из них «аномальное» терагерцовое излучение. Эти соединения характеризовались так называемым порядком зарядовых полос, когда электроны выстраиваются в цепочки, а не перемещаются свободно. Порядок полос заряда, по-видимому, нарушает кристаллическую симметрию материала, точно так же, как это сделали бы магнитное поле или приложенный ток, причем это нарушение симметрии сохраняется в сверхпроводящем состоянии.
«Выполняя эксперименты с различными соединениями, — говорит Даниэле Николетти, ведущий автор статьи, — мы были очень удивлены, обнаружив четкое когерентное и почти одноцветное терагерцовое излучение в одних сверхпроводниках и, наоборот, полное отсутствие отклика в других. смогли с достаточной уверенностью связать особенности ТГц-излучения с наличием порядка полос заряда, своеобразной упорядоченной фазы, обнаруженной в различных семействах купратов, которая, как полагают, играет роль в механизме, лежащем в основе высокотемпературной сверхпроводимости вызвать нарушение симметрии в сверхпроводнике, присутствие которого не было обнаружено другими экспериментальными методами в прошлом».
В сотрудничестве с физиками из Гарвардского университета, ETH Zurich и теоретического отдела MPSD команда предоставила подробное объяснение этой феноменологии. Основываясь на наблюдении, что когерентное ТГц-излучение происходит очень близко к «плазменной частоте Джозефсона», которая представляет собой резонансную туннельную частоту сверхпроводящих электронных пар поперек кристаллических медно-кислородных плоскостей, исследователи идентифицировали так называемые «поверхностные джозефсоновские плазмоны» как источник выброса. Это аналоги звуковых волн, которые развиваются на границе сверхпроводника и внешней среды. В принципе, это «тихие» моды, то есть они не взаимодействуют напрямую со светом и, следовательно, не должны излучать. Однако,
Работа группы дает важные новые сведения о процессах, ведущих к высокотемпературной сверхпроводимости. Он также показывает когерентное аномальное терагерцовое излучение как чувствительный инструмент для исследования симметрии сверхпроводников в присутствии других фаз. Исследователи считают, что в будущем его следует применить к более широкому классу соединений, открывая новые возможности для понимания физики сложных взаимодействий в этих материалах.
