新实验研究光驱动超导体中的光诱导迈斯纳效应

Josiah01

　　超导性是一种令人着迷的现象，它使材料能够维持电流而不会造成任何损失。这种物质的集体量子行为仅在远低于环境温度的某些导体中出现。
　　许多现代研究已经在所谓的非平衡状态下调查了这种行为，即材料被推离热平衡的情况。在这些条件下，似乎即使在环境温度下也可以重现超导的至少一些特征。
　　这种非平衡高温超导性在激光脉冲照射下表现出来，可能适用于不同于静态超导性的应用，例如由激光脉冲控制的高速设备。
　　这种现象被称为“光诱导超导”，与平衡超导现象类似。
　　过去十年的一个重要前沿是表征这种光诱导超导状态的特性，并了解该阶段在多大程度上再现了已知的传统超导体特性。
　　超导体除了能够无损耗地传输电流之外，还具有从其内部排出磁场的能力。
　　这种现象在平衡条件下被称为迈斯纳效应，是电荷载体相互相干性及其步调一致的趋势的直接结果。然而，测量光诱导超导的磁场驱逐一直具有挑战性，因为这种效应仅持续几皮秒（万亿分之一秒），因此无法精确测量磁场变化。
　　由安德里亚·卡瓦莱里 (Andrea Cavalleri) 领导的德国汉堡马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所 (MPSD) 研究小组开发了一项新实验，能够以极快的速度监测超导体的磁特性。
　　他们研究了激光照射的 YBa 2 Cu 3 O 6+x，这种化合物的静态超导性仅在约 −200 摄氏度以下才可见。“我们发现，光激发的 YBa 2 Cu 3 O 6.48，除了具有接近零电阻的特性外，还会从其内部排出静磁场，”发表在《自然》杂志上的文章作者塞巴斯蒂安·法瓦说。
　　这项实验是通过将观察晶体放置在待研究样品附近并用它来测量局部磁场强度来实现的。晶体将磁场的变化反映为飞秒​​激光脉冲偏振态的变化。
　　“由于探测脉冲持续时间短，我们可以以亚皮秒分辨率和前所未有的灵敏度重建 YBa 2 Cu 3 O 6.48样品周围磁场的时间演变，”合著者之一 Giovanni de Vecchi 说。
　　“我们观察到的光致磁场排斥力与 YBa 2 Cu 3 O 6+x通过冷却达到平衡超导时测得的磁场排斥力大小相当”，论文共同作者 Michele Buzzi 补充道。
　　“这表明驱动材料甚至可能是一种有效的途径，使其超导性能更接近环境条件，”合著者 Gregor Jotzu 继续说道，他现在是 EPFL 的教员和动态量子材料实验室的负责人。
　　由于对于YBa 2 Cu 3 O 6.48中光诱导超导的微观起源仍缺乏共识，这些结果对于当前的理论而言是一个重要的基准。
　　在YBa 2 Cu 3 O 6+x中，在平衡超导转变温度以上，超导序并没有完全消失，而是残留了一些局部涨落的超导序，有点类似于无序状态。
　　这些发现表明，利用定制光脉冲对 YBa 2 Cu 3 O 6+x进行光激发可用于同步这种波动状态，并在远高于材料在平衡状态下达到超导状态的温度下（一直到室温）恢复超导序。