Una strategia per migliorare la superconduttività guidata dalla luce di K₃C₆₀

15 ottobre 2023 caratteristica

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di Ingrid Fadelli, Phys.org

La superconduttività è la capacità di alcuni materiali di condurre una corrente elettrica diretta (CC) con quasi nessuna resistenza. Questa proprietà è molto ricercata e favorevole per varie applicazioni tecnologiche, in quanto potrebbe migliorare le prestazioni di diversi dispositivi elettronici ed energetici.

Nei recenti anni, i fisici della materia condensata e i ricercatori dei materiali hanno cercato di identificare strategie per migliorare la superconduttività di materiali specifici. Ciò include il materiale K3C60, un superconduttore organico che è stato trovato per entrare in una fase caratterizzata da resistenza zero quando vengono applicati impulsi ottici mid-infrarossi ad esso.

Ricercatori del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter, dell'Università degli Studi di Parma e dell'Università di Oxford hanno identificato una strategia per potenziare la superconduttività indotta dalla luce di K3C60. Questa strategia, descritta in Nature Physics, finora ha fornito risultati molto promettenti, aumentando la fotosuscettibilità di questo materiale superconduttore di due ordini di grandezza.

"Da circa dieci anni stiamo studiando la possibilità di utilizzare la luce per potenziare la superconduttività a partire da uno stato di equilibrio alla temperatura di base superiore a Tc", ha detto Andrea Cavalleri, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, a Phys.org. "Abbiamo dimostrato che ciò funziona con alcuni cuprati, in alcuni sali di trasferimento di carica e in K3C60".

"In questo studio, abbiamo esplorato il meccanismo alla base della superconduttività indotta otticamente di K3C60 utilizzando una speciale sorgente ottica che è molto più sintonizzabile rispetto a quella utilizzata in precedenza, raggiungendo una frequenza di 10 THz".

Cavalleri e il suo gruppo di ricerca hanno esplorato la superconduttività di K3C60 per alcuni anni. Nei loro esperimenti precedenti, sono stati in grado di realizzare la fase superconduttiva di questo materiale con energie fotoni di eccitazione comprese tra 80 e 165 meV (20-40THz).

Nel loro nuovo studio, si sono proposti di esplorare l'eccitazione del materiale a energie più basse tra 24 e 80 meV (6-20 THz), utilizzando una strategia a loro precedentemente inaccessibile. I ricercatori hanno raggiunto questo obiettivo utilizzando una sorgente a terahertz che genera impulsi a larghezza di banda stretta combinando i segnali a infrarossi prossimi in ampiezze parametriche ottiche bloccate di due distinti fasci di segnale.

"La fisica sottostante non è ancora chiara, ma l'esperimento mira a vibrazioni molecolari selezionate che vengono guidate direttamente verso grandi amplificazioni alla loro frequenza di risonanza", ha detto Cavalleri. "Le vibrazioni guidate sembrano accoppiarsi con gli stati elettronici e potenziare l'accoppiamento e la coerenza che danno origine alla superconduttività. Il presente studio mostra che questo effetto funziona particolarmente bene a 10 THz, dove si trova una certa vibrazione molecolare".

Il recente lavoro di Cavalleri e dei suoi collaboratori getta nuova luce sui possibili meccanismi alla base della superconduttività fotoindotta in K3C60 e potenzialmente in altri superconduttori. Inoltre, introduce una strategia che potrebbe contribuire a prolungare la superconduttività fotoindotta per periodi di tempo più lunghi, con interessanti implicazioni per lo sviluppo di tecnologie quantistiche guidate dalla luce.

"Abbiamo realizzato uno stato superconduttivo a lunga durata di 10 ns a temperatura ambiente", ha aggiunto Cavalleri. "In teoria, ciò potrebbe essere utilizzato per futuri dispositivi quantistici alimentati dalla luce. Vogliamo studiare le proprietà di questo stato transitorio, in particolare le proprietà magnetiche, e cercheremo di confrontare le proprietà della fase fotoindotta con quelle di equilibrio SC".

Informazioni sulla rivista: Nature Physics

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