Les chercheurs ont réussi à démontrer la supraconductivité sur une puce, révélant des réponses électriques non linéaires dans des films minces K3C60 et observant le comportement critique du courant. Cette recherche révolutionnaire, qui utilise la spectroscopie THz non linéaire sur puce, ouvre de nouvelles voies dans les applications optoélectroniques et fait progresser notre compréhension de la supraconductivité dans les matériaux quantiques.
Des chercheurs ont intégré la supraconductivité induite par laser sur une puce, marquant ainsi une avancée majeure en optoélectronique.
Des scientifiques de l’Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière (MPSD) à Hambourg, en Allemagne, ont montré qu’une capacité précédemment démontrée à activer la supraconductivité avec un faisceau laser peut être intégrée sur une puce, ouvrant ainsi la voie à des applications optoélectroniques. .
Supraconductivité en K3C60 Films minces
Leurs travaux, publiés le 9 novembre dans la revue scientifique Communications naturellesmontre également que la réponse électrique de K photo-excité3C60 n’est pas linéaire, c’est-à-dire que la résistance de l’échantillon dépend du courant appliqué. Il s’agit d’une caractéristique clé de la supraconductivité, qui valide certaines des observations précédentes et fournit de nouvelles informations et perspectives sur la physique de K.3C60 Films minces.
Progrès dans la manipulation optique des matériaux
La manipulation optique des matériaux pour produire de la supraconductivité à haute température est un axe de recherche clé du MPSD. Jusqu’à présent, cette stratégie s’est avérée efficace dans plusieurs matériaux quantiques, notamment les cuprates, le k-(ET)2-X et K3C60. Une cohérence électrique améliorée et une résistance à la disparition ont été observées dans des études antérieures sur les états optiquement pilotés dans ces matériaux.
Configuration de mesure, dans laquelle les faisceaux infrarouge moyen et visible sont focalisés sur le dispositif optoélectronique. Insérer : Image de l’appareil sur lequel les impulsions de courant picoseconde sont lancées, transportées et détectées. Crédit : Eryin Wang, MPSD
Spectroscopie THz non linéaire sur puce
Dans cette étude, des chercheurs du groupe Cavalleri ont déployé une spectroscopie THz non linéaire sur puce pour ouvrir le domaine des mesures de transport picoseconde (une picoseconde équivaut à un billionième de seconde). Ils ont connecté des films minces de K3C60 aux commutateurs photoconducteurs avec guides d’ondes coplanaires. En utilisant une impulsion laser visible pour déclencher l’interrupteur, ils ont envoyé une forte impulsion de courant électrique d’une durée d’une picoseconde seulement à travers le matériau. Après avoir traversé le solide à environ la moitié de la vitesse de la lumière, l’impulsion de courant a atteint un autre interrupteur qui a servi de détecteur pour révéler des informations importantes, telles que les signatures électriques caractéristiques de la supraconductivité.
Observer le comportement actuel critique
En exposant simultanément le K3C60 films à la lumière infrarouge moyenne, les chercheurs ont pu observer des changements de courant non linéaires dans le matériau optiquement excité. Ce comportement dit critique du courant et l’effet Meissner sont les deux caractéristiques clés des supraconducteurs. Cependant, ni l’un ni l’autre n’a été mesuré jusqu’à présent, ce qui rend cette démonstration du comportement critique du courant dans le solide excité particulièrement significative. De plus, l’équipe a découvert que l’état optique de K3C60 ressemblait à celui d’un supraconducteur dit granulaire, constitué d’îlots supraconducteurs faiblement connectés.
Capacités uniques et perspectives d’avenir
Le MPSD est particulièrement bien placé pour effectuer de telles mesures à l’échelle de la picoseconde, la configuration sur puce ayant été conçue et construite en interne. « Nous avons développé une plate-forme technique parfaite pour sonder les phénomènes de transport non linéaires hors de l’équilibre, comme les effets Hall non linéaires et anormaux, la réflexion d’Andreev et d’autres », explique l’auteur principal Eryin Wang, chercheur au Cavalleri. groupe. De plus, l’intégration de la supraconductivité hors équilibre dans les plates-formes optoélectroniques pourrait conduire à de nouveaux dispositifs basés sur cet effet.
Contributions à la science et à la technologie
Andrea Cavalleri, qui a fondé et dirige actuellement le groupe de recherche, ajoute : « Ce travail souligne les développements scientifiques et technologiques au sein du MPSD à Hambourg, où de nouvelles méthodes expérimentales sont constamment développées pour parvenir à une nouvelle compréhension scientifique. Nous travaillons sur des méthodes de transport électrique ultrarapides depuis près d’une décennie et sommes désormais en mesure d’étudier de nombreux nouveaux phénomènes dans les matériaux hors équilibre, et potentiellement d’introduire des changements technologiques durables.
Les recherches à la base de ces résultats ont été menées dans les laboratoires du MPSD du Centre pour la science des lasers à électrons libres (CFEL) à Hambourg, en Allemagne.
