Kan ljus tända superledningsförmåga? En ny studie återuppväcker debatten

Korta ljusstötar kan göra vissa material till flyktiga supraledare. En ny studie stärker argumenten för detta kontroversiella påstående, som först gjordes för mer än ett decennium sedan. Men medan vissa fysiker är övertygade, förblir andra skeptiska.

Supraledare överför elektricitet utan motstånd, vanligtvis endast vid låga temperaturer. Men sedan 2011 har vissa forskare hävdat att vissa material, när de träffas med intensiva, ultrakorta laserpulser, kortvarigt kan bli supraledare vid temperaturer långt över sin normala gräns, inklusive rumstemperatur.

Den tidigare forskningen visade en tillfällig förändring i reflektionsförmågan hos cuprates, föreningar som innehåller koppar och syre, när de sprängs med ljus. Den förändringen indikerade en minskning av motståndet som varade bara biljondelar av en sekund, eller pikosekunder. Kritiker hävdade att förändringen kan orsakas av andra effekter än supraledning.

Den nya studien klappar tillbaka. En kuprat driver ut magnetfält när den träffas av ljus, rapporterar fysikern Andrea Cavalleri och kollegor den 10 juli i Nature. Den utvisningen, säger de, är ett kännetecken för supraledning som kallas Meissner-effekten (SN: 7/6/15).

Observationen är "i grund och botten en omisskännlig signatur av supraledning", säger fysikern Dmitri Basov från Columbia University, som inte var involverad i forskningen.

Alla är inte så övertygade av det nya verket. "De ser denna förändring som varar i [ungefär] en pikosekund, och det är inte direkt uppenbart att det är samma sak som Meissner-effekten", säger fysikern Steve Dodge från Simon Fraser University i Burnaby, Kanada.

Supraledare lockar intensivt intresse från fysiker, delvis på grund av deras tekniska potential. En supraledare som arbetar vid höga temperaturer kan möjliggöra effektivare kraftöverföring, till exempel, vilket potentiellt kan spara stora mängder energi. Och mysterier höljer fortfarande fenomenet. Cuprates är supraledande vid högre temperaturer än de flesta, och det är fortfarande inte helt förstått varför.

Forskare visste att ljus kunde störa supraledning, men tanken att ljus också kunde föda det var oväntat och kontroversiellt. Och i tidigare studier, "var saker lite subjektiva, de typ "luktade" som en supraledare men ... du kunde inte vara säker", säger Cavalleri, från Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter i Hamburg.

Så Cavalleri och kollegor siktade in sig på Meissner-effekten. De studerade en typ av kuprat som kallas yttriumbariumkopparoxid eller YBCO. Det är en klass av föreningar som tidigare hade visat tecken på ljusinducerad supraledning.

Men att exakt mäta magnetfältsförändringar under pikosekunder är ingen lätt bedrift. "Ingen befintlig teknik tillåter dig att göra den här mätningen," säger Cavalleri.

Teamet utarbetade ett schema som använde en kristall av galliumfosfid placerad bredvid YBCO för att mäta magnetiska fält. I experiment utförda inom ett redan existerande magnetfält slog forskarna YBCO med lasern och skickade en andra laser genom kristallen. Resan genom kristallen förändrade laserns polarisering - orienteringen av dess elektromagnetiska vågor - på ett sätt som dikterades av magnetfältet i kristallen. Den effekten gjorde det möjligt för teamet att avgöra hur magnetfältet förändrades nära YBCO när det bombarderades med ljus vid temperaturer som normalt ligger över YBCO:s supraledande gräns.

Om YBCO blev en supraledare skulle den driva ut magnetiska fält inifrån på grund av Meissner-effekten. Det skulle resultera i ett starkare magnetfält vid YBCO:s kant, vilket är precis vad teamet fann. Mätningarna var tvungna att göras extremt snabbt för att fånga den kortlivade Meissner-effekten, säger Basov. "Det här är ett briljant koncept och briljant utförande."

Fysikern Nan-Lin Wang vid Pekings universitet är övertygad om att magnetfält stöts ut när laserpulsen träffar YBCO. Men om det innebär supraledning som den normalt definieras är oklart. Det kan vara resultatet av att redan existerande, småskaliga supraledande strömmar förstärks, snarare än av typisk storskalig supraledning. "Den underliggande fysiken kan vara mycket komplicerad", säger han.

Men Dodge hävdar att något annat än supraledning kan vara ansvarigt. Vid höga ljusintensiteter, noterar han, kan komplexa och oväntade fenomen uppstå. "Jag skulle vilja se ... lite noggrann granskning för att säkerställa att de inte tar någon annan effekt för en Meissner-effekt." Exakt vad som ligger bakom förändringen i magnetfältet är inte klart, säger Dodge. Även om han fortfarande är skeptisk till påståendet om supraledning, säger han "det är ett värdefullt experiment eftersom det väcker några frågor som jag verkligen inte vet svaret på."