Superledning - ett materials förmåga att överföra en elektrisk ström utan förlust - är en kvanteffekt som, trots år av forskning, är fortfarande begränsad till mycket låga temperaturer. Nu har ett team av forskare vid MPSD lyckats skapa ett metastabilt tillstånd med försvinnande elektriskt motstånd i ett molekylärt fast ämne genom att utsätta det för finjusterade pulser av intensivt laserljus. Denna effekt hade redan visats under 2016 under mycket kort tid, men i en ny studie har författarna till tidningen visat en mycket längre livslängd, nästan 10 000 gånger längre än tidigare. De långa livslängderna för ljusinducerad supraledning håller löften för tillämpningar inom integrerad elektronik. Forskningen av Budden et al. har publicerats i Naturfysik .

Superledning är ett av de mest fascinerande och mystiska fenomenen i modern fysik. Den beskriver den plötsliga förlusten av elektrisk motstånd i vissa material när de kyls under en kritisk temperatur. Dock, behovet av sådan kylning begränsar fortfarande den tekniska användbarheten hos dessa material.

Under de senaste åren har forskning från Andrea Cavalleris grupp vid MPSD har avslöjat att intensiva pulser av infrarött ljus är ett livskraftigt verktyg för att framkalla supraledande egenskaper i en mängd olika material vid mycket högre temperaturer än vad som skulle vara möjligt utan fotostimulering. Dock, dessa exotiska tillstånd har hittills kvarstått bara några få pikosekunder (biljondelar av en sekund), vilket begränsar de experimentella metoderna för att studera dem till ultrasnabb optik.

Ett banbrytande framsteg har rapporterats den här veckan. Forskare i Cavalleri-gruppen har nu lyckats öka livslängden för ett sådant ljusinducerat supraledande tillstånd med mer än fyra storleksordningar i den organiska superledaren K3C60, som är baserad på fullerener ("fotbollsmolekyler" bildade av 60 kolatomer). "Vi har upptäckt ett långlivat tillstånd med försvinnande motstånd vid en temperatur fem gånger högre än den vid vilken supraledning sätter sig in utan fotoexcitation, säger huvudförfattaren Matthias Budden, doktorand vid tidpunkten för forskningen.

"Den viktigaste ingrediensen för denna framgång var vår utveckling av en ny typ av laserkälla som kan producera högintensitet, mellersta infraröda ljuspulser med inställbar varaktighet från ungefär en pikosekund till en nanosekund, "tillägger medförfattaren Thomas Gebert. Den nya lasertypen är baserad på synkronisering av högeffektgaslasrar med relativt långa nanosekundpulser till den ultraprecisa rytmen hos mycket kortare solid-state laserpulser.

När så långa och intensiva pulser av infrarött ljus träffar ett material, de kan framkalla molekylära vibrationer, gitterförvrängningar och till och med förändringar i den elektroniska konfigurationen. Med tanke på komplexiteten i dessa processer, det är inte förvånande att flera mycket olika teorier har föreslagits för att beskriva fysiken för ljusförstärkt supraledning. Förvånande, författarna upptäckte i sitt nya arbete att supraledning kvarstod i tiotals nanosekunder efter fotoexcitation. Dessa väsentligt förlängda livslängder för de superledande tillstånden gjorde det möjligt för laget att systematiskt studera materialens elektriska motstånd. Även om en mikroskopisk beskrivning av ljusinducerad supraledning i K ₃ C ₆₀ saknas fortfarande, dessa resultat representerar ett nytt riktmärke för nuvarande teorier.

"Viktigast, "Matthias Budden avslutar, "vårt arbete banar väg för pressande experiment med en fotoinducerad Meissner-effekt och inspirerar tankar om tillämpningar av supraledande kretsar i integrerade enheter baserade på toppmodern höghastighetselektronik." Sådana tillämpningar inkluderar extremt känsliga magnetfältssensorer, högpresterande kvantberäkning och förlustfri kraftöverföring. Mer allmänt, tack vare det nya tillvägagångssättet att kombinera längre mellan-infraröda excitationspulser med direkta mätningar av elektroniska och magnetiska egenskaper, MPSD -teamet syftar till att förbättra kontrollen och förståelsen för de många fascinerande fenomenen i komplexa material.