Figura 1. Gráfico del sistema:un superconductor bidimensional cercano a su temperatura crítica. El sistema está expuesto a un campo electromagnético (flecha naranja) con frecuencia THz. Se requieren bandas de metales como rejilla (no mostradas) para la excitación de plasmones, un tipo especial de excitaciones de electrones no unidos en el superconductor. Por lo tanto, Los electrones libres actúan como mediadores:interactúan entre sí, con luz (como plasmones), y con las parejas de Cooper, representado como círculos rojos discontinuos. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Investigador del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur), Profesor Ivan Savenko, ha informado de un método conceptualmente nuevo para estudiar las propiedades de los superconductores utilizando herramientas ópticas. La teoría fue publicada en Cartas de revisión física y en coautoría con el doctor Vadim Kovalev, físico de la A.V. Instituto Rzhanov de Física de Semiconductores (Rusia).
Por debajo de algo de temperatura, la resistividad de un material puede desaparecer, y surgen propiedades superconductoras. Suelen ser temperaturas extremadamente bajas, entre -200 grados C y -272 grados C, donde los electrones comúnmente no unidos cambian repentinamente su comportamiento y se emparejan, formando parejas de Cooper. Esta transición se manifiesta con supercorrientes, que puede circular en el material para siempre sin pérdidas.
Sin embargo, Las propiedades superconductoras pueden aparecer ligeramente por encima de la temperatura crítica. En este llamado régimen fluctuante, Los pares de Cooper comienzan a aparecer y desaparecer, alterando drásticamente la conductividad eléctrica y otras propiedades del superconductor. Hace más de cincuenta años, Aslamazov y Larkin desarrollaron una teoría que dice que la conductividad de los superconductores fluctuantes está mediada tanto por electrones libres como por pares de Cooper. Sin embargo, La superconductividad fluctuante es un tema de investigación tan desafiante que se sigue investigando. En este nuevo estudio, los investigadores sugieren una forma de monitorear estos fenómenos de transporte de electrones con espectroscopía óptica, una plataforma óptica disponible experimentalmente.
"Si bien los métodos magnéticos y basados en resistividad para monitorear superconductores están bien establecidos, es muy difícil "casar" la luz y la superconductividad, ", explica Savenko." Este es un campo de investigación candente en el que podemos esperar nuevos descubrimientos en ciencia fundamental y aplicaciones innovadoras ".
La superconductividad y la luz son dos fenómenos aparentemente no relacionados. Generalmente, Los superconductores no son muy sensibles a la luz externa:solo pueden interactuar débilmente con ella, y más bien sirven como espejos. Este estudio, en lugar de, muestra que la luz a frecuencias de terahercios (THz), que se encuentran entre los dominios de radio e infrarrojos, podría utilizarse para explorar ópticamente las propiedades de los superconductores.
Los investigadores modelaron las respuestas ópticas y eléctricas de una capa semiconductora fluctuante 2-D expuesta a ondas THz. Acercándose a la temperatura crítica, los pares de Cooper emergentes provocan cambios significativos en la conductividad eléctrica y la absorción de luz por parte del sistema. Los electrones libres actúan como mediadores, interactuando con los pares de Cooper y la luz.
"El diseño que desarrollamos es muy simple. Por lo tanto, creemos que nuestro descubrimiento puede ser aplicable a varios casos, ", dice Savenko." Esperamos que el experimento correspondiente se lleve a cabo en un futuro próximo. Debe mostrar la modificación de la corriente eléctrica, o la alteración del espectro de luz reflejada o transmitida, dependiendo de la densidad de los pares de Cooper ".
