在芯片上实现光诱超导性

德国汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所（MPSD）的研究人员介绍，用激光束开启超导性能可以集成在芯片上，开辟了一条通往光电应用的道路。

他们的研究结果发表在《自然·通讯》上，并且光激发K3C60的电响应不是线性的，即样品的电阻取决于施加的电流。这是超导电性的一个关键特征，验证了之前的一些观察结果，并为K3C60薄膜的物理学提供了新的信息和观点。

对材料进行光学操纵以在高温下产生超导电性是MPSD的一个关键研究重点。到目前为止，这种策略已经在几种量子材料中取得了成功，包括铜酸盐、k-(ET)2-X和K3C60。在这些材料的光驱动态的先前研究中，已经观察到增强的电相干性和消失的电阻。

在这项研究中，来自 Cavalleri 小组的研究人员部署了片上非线性太赫兹光谱，以开拓皮秒传输测量领域（皮秒是万亿分之一秒）。他们将 K3C60 薄膜连接到具有共面波导的光电导开关。

测量设置，其中中红外和可见光束聚焦在光电器件上。

他们使用可见激光脉冲触发开关，通过材料发送持续仅一皮秒的强电流脉冲。电流脉冲以光速的一半穿过固体后，到达另一个开关，该开关作为探测器，揭示了重要信息，如超导电性的特征电信号。

通过同时将K3C60薄膜暴露于中红外光下，研究人员能够观察到光激发材料中的非线性电流变化。这种所谓的临界电流行为和迈斯纳效应是超导体的两个关键特征。然而，到目前为止，两者都没有被测量过，这使得在激发的固体中演示临界电流行为尤为重要。此外，该团队发现，K3C60的光驱动状态类似于所谓的颗粒超导体，由弱连接的超导岛组成。

MPSD具有独特的优势，可以在皮秒尺度上进行此类测量，其芯片上的设置是在内部设计和构建的。主要作者、卡瓦列里小组的科学家王怡琳说：“我们开发了一种技术平台，非常适合探测非平衡状态下的非线性输运现象，如非线性和反常霍尔效应、安德列夫反射等”。此外，非平衡超导与光电子平台的整合可能会导致基于这种效应的新器件。

安德烈·卡瓦列里（Andrea Cavalleri）是该研究小组的创始人，目前担任该小组的负责人，他补充道：“这项工作突显了汉堡MPSD的科技发展，在那里，新的实验方法不断被开发出来，以实现新的科学理解。我们一直在研究超快电输运方法近十年，现在能够研究非平衡材料中的许多新现象，并有可能在技术上带来持久的变化。”

相关链接：https://phys.org/news/2023-11-photo-induced-superconductivity-chip.html