Une stratégie pour améliorer la supraconductivité induite par la lumière de K₃C₆₀

15 octobre 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

La supraconductivité est la capacité de certains matériaux à conduire un courant électrique continu (CC) avec presque aucune résistance. Cette propriété est très recherchée et favorable à diverses applications technologiques, car elle pourrait améliorer les performances de différents dispositifs électroniques et énergétiques. 

Ces dernières années, les physiciens de la matière condensée et les scientifiques des matériaux ont cherché à identifier des stratégies pour améliorer la supraconductivité de matériaux spécifiques. Cela comprend le matériau K3C60, un supraconducteur organique qui a été découvert pour entrer dans une phase caractérisée par une résistance nulle lorsqu'on lui applique des impulsions optiques de milieu infrarouge.

Les chercheurs de l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière, de l'Università degli Studi di Parma et de l'Université d'Oxford ont identifié une stratégie pour améliorer la supraconductivité induite par la lumière de K3C60. Cette stratégie, décrite dans la revue Nature Physics, a jusqu'à présent donné des résultats très prometteurs, augmentant la photosusceptibilité de ce matériau supraconducteur de deux ordres de grandeur.

« Depuis une dizaine d'années environ, nous explorons la possibilité d'utiliser la lumière pour améliorer la supraconductivité à partir d'un état d'équilibre à une température de base supérieure à Tc », a déclaré Andrea Cavalleri, l'un des chercheurs ayant mené l'étude, à Phys.org. « Nous avons montré que cela fonctionne dans certains cuprates, dans certains sels de transfert de charge et dans K3C60. »

« Dans cet article, nous avons exploré le mécanisme sous-jacent de la supraconductivité induite optiquement de K3C60 en utilisant une source optique spéciale beaucoup plus réglable que celle utilisée précédemment, atteignant une fréquence de 10 THz. »

Cavalleri et son équipe de recherche explorent depuis quelques années déjà la supraconductivité de K3C60. Dans leurs expériences précédentes, ils ont réussi à réaliser la phase supraconductrice de ce matériau avec des énergies de photons d'excitation allant de 80 à 165 meV (20-40 THz).

Dans leur nouvelle étude, ils ont cherché à explorer l'excitation dans le matériau à des énergies plus faibles entre 24 et 80 meV (6-20 THz), en utilisant une stratégie qui leur était auparavant inaccessible. Les chercheurs ont réussi cela en utilisant une source térahertz qui génère des impulsions à bande étroite en combinant les faisceaux de signaux proches de l'infrarouge de deux amplitudes paramétriques optiques distinctes verrouillées en phase.

« La physique sous-jacente n'est pas encore claire, mais l'expérience cible les vibrations moléculaires sélectionnées qui sont stimulées directement par de grandes amplitudes à leur fréquence de résonance », a déclaré Cavalleri. « Les vibrations stimulées semblent coupler avec les états électroniques et améliorer l'appariement et la cohérence qui donnent lieu à la supraconductivité. Le présent article montre que cet effet fonctionne particulièrement bien à 10 THz, où une certaine vibration moléculaire est trouvée. »

Les travaux récents de Cavalleri et de ses collaborateurs apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes possibles sous-tendant la supraconductivité induite par la lumière dans K3C60 et potentiellement dans d'autres supraconducteurs. De plus, cela introduit une stratégie qui pourrait aider à prolonger la supraconductivité induite par la lumière pendant des périodes plus longues, ce qui pourrait avoir des implications intéressantes pour le développement de technologies quantiques pilotées par la lumière.

« Nous avons réalisé un état supraconducteur d'une durée de vie de 10 ns à température ambiante », a ajouté Cavalleri. « En principe, cela pourrait être utilisé pour de futurs dispositifs quantiques alimentés par la lumière. Nous voulons étudier les propriétés de cet état transitoire, en particulier les propriétés magnétiques, et nous allons essayer de comparer les propriétés de la phase induite par la lumière à celles de l'équilibre SC. »

Informations sur la revue : Nature Physics

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