La supraconductivité est la capacité de certains matériaux à conduire un courant électrique continu (DC) sans pratiquement aucune résistance. Cette propriété est très recherchée et favorable à diverses applications technologiques, car elle pourrait augmenter les performances de différents appareils électroniques et énergétiques.
Ces dernières années, les physiciens de la matière condensée et les spécialistes des matériaux ont tenté d’identifier des stratégies permettant d’améliorer la supraconductivité de matériaux spécifiques. Cela inclut le matériau K3C60, un supraconducteur organique qui entre dans une phase caractérisée par une résistance nulle lorsque des impulsions optiques infrarouge moyen lui sont appliquées.
Des 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 désormais identifié une stratégie visant à améliorer la supraconductivité induite par la lumière du K3C60. Cette stratégie, décrite dans Physique naturellea donné jusqu’à présent des résultats très prometteurs, augmentant la photo-susceptibilité de ce matériau supraconducteur de deux ordres de grandeur.
« Nous explorons depuis environ une décennie 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 qui ont mené l’étude, à Phys.org. « Nous avons montré que cela fonctionnait dans certains cupratesdans certains sels de transfert de charge et en K3C60. »
« Dans cet article, nous avons exploré le mécanisme sous-jacent à la supraconductivité induite optiquement par le K3C60 en utilisant une source optique spéciale beaucoup plus accordable que celle utilisée précédemment, atteignant une fréquence de 10 THz. »
Cavalleri et son équipe de recherche explorent la supraconductivité du K3C60 depuis quelques années maintenant. Dans leurs expériences précédentes, ils ont pu réaliser la phase supraconductrice de ce matériau avec des énergies de photons d’excitation comprises entre 80 et 165 meV (20 à 40 THz).
Dans leur nouvelle étude, ils ont entrepris d’explorer l’excitation dans le matériau à des énergies inférieures comprises entre 24 et 80 meV (6 à 20 THz), en utilisant une stratégie qui leur était auparavant inaccessible. Les chercheurs y sont parvenus en utilisant une source térahertz qui génère des impulsions à bande passante étroite en combinant les faisceaux de signaux proche infrarouge de deux amplitudes paramétriques optiques distinctes à verrouillage de phase.
« La physique sous-jacente n’est pas encore claire, mais l’expérience cible des vibrations moléculaires sélectionnées qui sont directement amplifiées à leur fréquence de résonance », a déclaré Cavalleri. « Les vibrations entraînées semblent se coupler aux états électroniques et améliorer l’appariement et la cohérence qui donnent naissance à la supraconductivité. Le présent article montre que cet effet fonctionne particulièrement bien à 10 THz, où se trouve une certaine vibration moléculaire. »
Les travaux récents de Cavalleri et de ses collaborateurs apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes possibles à la base de la supraconductivité photo-induite dans K3C60 et potentiellement dans d’autres supraconducteurs. En outre, il introduit une stratégie qui pourrait contribuer à prolonger la supraconductivité photo-induite sur des périodes plus longues, ce qui pourrait avoir des implications intéressantes pour le développement de technologies quantiques basées sur 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 les futurs dispositifs quantiques alimentés par la lumière. Nous voulons étudier les propriétés de cet état transitoire, notamment les propriétés magnétiques et nous allons essayer de comparer les propriétés de la phase photo-induite à celles de l’équilibre. SC. »
Plus d’information:
E. Rowe et al, Amélioration résonante de la supraconductivité photo-induite dans K3C60, Physique naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41567-023-02235-9.
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