超導性是一種量子效應，也是一種在不損耗材料的情況下傳輸電流的能力。然而盡管經(jīng)過了多年的研究，它仍然局限于極低的溫度下。如今，來自德國MPSD的科學家團隊已成功創(chuàng)造出一種亞穩(wěn)態(tài)，它可以讓分子固體的電阻消失，其方法是將分子固體暴露在精細調(diào)諧的強中紅外脈沖中。

這種效應在2016年已經(jīng)得到證實，然而當時只持續(xù)了很短的一段時間，但在新研究中，其壽命要長得多，比之前的長了近1萬倍。光誘導超導的長壽命使其有望應用于集成電子技術。

超導是現(xiàn)代物理學中最迷人、最神秘的現(xiàn)象之一。它描述了某些材料在冷卻到臨界溫度以下時突然失去電阻的現(xiàn)象。然而這種冷卻的需要仍限制了這些材料的技術可用性。

近年來，MPSD的Andrea Cavalleri團隊的研究表明，在比光刺激下更高的溫度下，強紅外光脈沖是一種可行工具，它可以誘導各種不同材料的超導性能。然而到目前為止，這些奇異的狀態(tài)僅持續(xù)了幾皮秒，因此將研究它們的實驗方法限制在超快光學上。

Cavlleri團隊的研究人員目前已經(jīng)設法將有機超導體K3C60的光誘導超導狀態(tài)壽命延長了四個數(shù)量級以上。“我們發(fā)現(xiàn)了一種長期存在的狀態(tài)，其電阻消失的溫度比超導在沒有光激發(fā)的情況下開始時的溫度要高出5倍，”該研究的第一作者Matthias Budden說道。

“這次成功的關鍵因素是我們開發(fā)了一種新型激光源，它可以產(chǎn)生高強度、中紅外光脈沖，持續(xù)時間可從1皮秒到1納秒不等，”研究論文合著者Thomas Gebert補充道。據(jù)悉，這種新型激光則是基于具有較長納秒脈沖的高功率氣體激光器跟超精確節(jié)奏短得多的固態(tài)激光脈沖的同步。

當這種長而強的紅外光脈沖擊中材料時，它們會引起分子振動、晶格扭曲甚至電子構型的改變?？紤]到這些過程的復雜性，研究者提出了幾種截然不同的理論來描述光增強超導物理學也就不足為奇。令人驚訝的是，在新研究中研究者發(fā)現(xiàn)，在光激發(fā)后超導性持續(xù)了幾十納秒。這些超導體狀態(tài)顯著延長了壽命，這使得研究團隊能夠系統(tǒng)地研究材料的電阻。雖然還沒有對K3C60光誘導超導性的微觀描述，但這些結(jié)果為當前的理論提供了新基準。

“最重要的是，”Matthias Budden總結(jié)道，“我們的工作為光誘導邁斯納效應的實驗鋪平了道路，并啟發(fā)了超導電路在基于最先進高速電子器件的集成設備中的應用。這些應用包括極其敏感的磁場傳感器、高性能量子計算和無損電力傳輸。更普遍來看，憑借將較長的中紅外激發(fā)脈沖跟電子和磁性能的直接測量相結(jié)合的新方法，MPSD團隊的目標是提高對復雜材料中許多有趣現(xiàn)象的控制和理解。”

責任編輯：lq