Los láseres de terahercios ampliamente sintonizables mejoran la superconductividad fotoinducida en K₃C₆₀
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Estructura cristalina y diagrama de fases de K.3W.60. ElEstructura cristalina del sólido molecular orgánico K.3W.60. W.60 las moléculas están ubicadas en los vértices de una red cúbica centrada en las caras. Los átomos de potasio (rojo) ocupan los huecos intersticiales. BDiagrama de fases presión-temperatura FCC-A3W.60 familia de compuestos fulleridos dopados con álcalis que muestran la presencia de fases superconductoras, metálicas, aislantes paramagnéticas (PI) y aislantes antiferromagnéticas (AFI). La presión física ajusta el espacio entre el C60 moléculas. La línea gris indica el límite entre compuestos aislantes y metálicos/superconductores. El área sombreada en azul indica dónde se observa superconductividad en equilibrio. La estrella indica la K3W.60 compuesto investigado en este trabajo, que se superconduce por debajo de la temperatura crítica (tw) de 20 K. Crédito: Física de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02235-9
Investigadores del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia (MPSD) en Hamburgo, Alemania, han explorado durante mucho tiempo el efecto del uso de unidades láser personalizadas para manipular las propiedades de desequilibrio de los materiales cuánticos. Una de las demostraciones más impresionantes de esta física se ha producido en superconductores no convencionales, donde se han documentado firmas de coherencias electrónicas mejoradas y supertransporte en los estados de desequilibrio resultantes.
Sin embargo, estos fenómenos aún no se han estudiado ni optimizado sistemáticamente, principalmente debido a la complejidad de los experimentos. Por tanto, las aplicaciones tecnológicas están todavía muy lejos de la realidad.
En un experimento reciente, este mismo grupo de investigadores descubrió una forma mucho más eficiente de crear un estado metaestable similar a un superconductor observado previamente en K₃C₆₀ utilizando luz láser. La obra del grupo Cavalleri apareció en Física de la naturaleza.
Los investigadores demostraron que al ajustar la luz láser a una resonancia específica de baja frecuencia, pulsos de luz mucho menos potentes podrían inducir el mismo efecto a temperaturas mucho más altas. La tecnología láser desarrollada en el Instituto fue fundamental para este trabajo. Al ajustar la fuente de luz a 10 THz, una frecuencia más baja de lo que era posible anteriormente, el equipo recreó con éxito el estado similar al superconductor de larga duración en el material a base de fullereno, reduciendo la intensidad del pulso en un factor de 100.
Se ha observado directamente que este estado inducido por la luz persiste a temperatura ambiente durante 100 picosegundos, pero se predice que tendrá una vida útil de al menos 0,5 nanosegundos (un nanosegundo es una milmillonésima de segundo, un picosegundo una billonésima).
Sus hallazgos arrojan nueva luz sobre el mecanismo microscópico subyacente a la superconductividad fotoinducida, afirma el autor principal Edward Rowe, estudiante de doctorado en el grupo Cavalleri: «La identificación de la frecuencia de resonancia permitirá a los teóricos comprender qué excitaciones son realmente importantes, ya que existen Actualmente no existe una explicación teórica ampliamente aceptada de este efecto en K₃C₆₀.»
Rowe predice que una fuente de luz con una tasa de repetición más alta en la frecuencia de 10 THz podría ayudar a mantener el estado metaestable por más tiempo: «Si pudiéramos entregar cada nuevo pulso antes de que la muestra regrese a su estado de equilibrio no superconductor, podría ser posible mantener continuamente el estado superconductor.»
«Estos experimentos son una muy buena demostración de cómo los avances apropiados en la tecnología pueden hacer aplicables muchos fenómenos que hasta ahora no han sido prácticos», dice el director del MPSD, Andrea Cavalleri, quien ve un esfuerzo de dos décadas para explorar estos efectos convergentes para tecnologías futuras. «También está claro que un obstáculo crucial que debe resolverse es el tipo y la disponibilidad de fuentes láser, que deben ir de la mano con estos estudios para avanzar en este campo».
Mas informaciones:
E. Rowe et al, Mejora resonante de la superconductividad fotoinducida en K3C60, Física de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02235-9
