Forskare vid Centrum för teoretisk fysik av komplexa system inom Institutet för grundvetenskap (IBS, Sydkorea), Professor Ivan Savenko, har rapporterat en konceptuellt ny metod för att studera egenskaperna hos supraledare med hjälp av optiska verktyg. Teorin publicerades i Fysiska granskningsbrev och medförfattare av doktor Vadim Kovalev, fysiker vid A.V. Rzhanov Institute of Semiconductor Physics (Ryssland).

Under en viss temperatur, resistiviteten hos ett material kan försvinna, och supraledande egenskaper framträder. Dessa är vanligtvis extremt låga temperaturer, mellan -200 grader C och -272 grader C, där vanliga obundna elektroner plötsligt ändrar sitt beteende och parar sig, bildar Cooper-par. Denna övergång manifesterar sig med superströmmar, som kan cirkulera i materialet för alltid utan förluster.

Dock, supraledande egenskaper kan uppträda något över den kritiska temperaturen. I denna så kallade fluktuerande regim, Cooper-par börjar dyka upp och försvinna, drastisk förändring av superledarens elektriska konduktivitet och andra egenskaper. För mer än femtio år sedan, Aslamazov och Larkin utvecklade en teori som säger att konduktiviteten hos fluktuerande supraledare medieras av både obundna elektroner och Cooper-par. Dock, fluktuerande supraledning är ett så utmanande forskningsämne att det fortsätter att undersökas. I denna nya studie, forskarna föreslår ett sätt att övervaka dessa elektrontransportfenomen med optisk spektroskopi, en experimentellt tillgänglig optisk plattform.

"Medan de resistivitetsbaserade och magnetiska metoderna för att övervaka supraledare är väletablerade, det är väldigt svårt att "gifta sig" med ljus och supraledning, " förklarar Savenko. "Detta är ett hett forskningsfält där vi kan förvänta oss nya upptäckter inom grundläggande vetenskap och innovativa tillämpningar."

Superledning och ljus är två till synes orelaterade fenomen. Vanligtvis, superledare är inte särskilt känsliga för yttre ljus:de kan bara svagt interagera med det, och hellre tjäna som speglar. Den här studien, istället, visar att ljus vid terahertz (THz) frekvenser, som ligger mellan radio- och infraröda domäner, skulle kunna användas för att optiskt utforska egenskaperna hos supraledare.

Forskarna modellerade de optiska och elektriska reaktionerna för ett 2-D fluktuerande halvledande skikt som utsattes för THz-vågor. Närmar sig den kritiska temperaturen, de framväxande Cooper-paren orsakar betydande förändringar i elektrisk ledningsförmåga och ljusabsorption av systemet. De obundna elektronerna fungerar som mediatorer, interagerar med både Cooper-par och ljus.

"Designen vi utvecklade är väldigt enkel. Därför, vi tror att vår upptäckt kan tillämpas på flera fall, " säger Savenko. "Vi förväntar oss att motsvarande experiment kommer att genomföras inom en snar framtid. Den ska visa antingen modifieringen av den elektriska strömmen, eller ändringen av det reflekterade eller genomsläppta ljusspektrumet, beroende på Cooper -parens densitet. "