La superconductividad, la capacidad de un material para transmitir una corriente eléctrica sin pérdida, es un efecto cuántico que, a pesar de años de investigación, todavía se limita a temperaturas muy bajas. Ahora, un equipo de científicos del MPSD ha logrado crear un estado metaestable con la desaparición de la resistencia eléctrica en un sólido molecular al exponerlo a pulsos finamente sintonizados de intensa luz láser. Este efecto ya se había demostrado en 2016 por muy poco tiempo, pero en un nuevo estudio, los autores del artículo han demostrado una vida útil mucho más larga, casi 10.000 veces más que antes. La larga vida útil de la superconductividad inducida por la luz es prometedora para aplicaciones en electrónica integrada. La investigación de Budden et al. ha sido publicado en Física de la naturaleza .

La superconductividad es uno de los fenómenos más fascinantes y misteriosos de la física moderna. Describe la pérdida repentina de resistencia eléctrica en ciertos materiales cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica. Sin embargo, la necesidad de tal enfriamiento todavía limita la usabilidad tecnológica de estos materiales.

En años recientes, La investigación del grupo de Andrea Cavalleri en el MPSD ha revelado que los pulsos intensos de luz infrarroja son una herramienta viable para inducir propiedades superconductoras en una variedad de materiales diferentes a temperaturas mucho más altas de lo que sería posible sin la fotoestimulación. Sin embargo, estos estados exóticos han persistido hasta ahora solo unos pocos picosegundos (billonésimas de segundo), limitando así los métodos experimentales para estudiarlos a la óptica ultrarrápida.

Esta semana se ha informado de un avance revolucionario. Los investigadores del grupo Cavalleri ahora han logrado aumentar la vida útil de un estado superconductor inducido por la luz en más de cuatro órdenes de magnitud en el superconductor orgánico K3C60. que se basa en fullerenos (moléculas de "balón de fútbol" formadas por 60 átomos de carbono). "Hemos descubierto un estado de larga duración con resistencia a la desaparición a una temperatura cinco veces más alta que aquella en la que se establece la superconductividad sin fotoexcitación, "dice el autor principal Matthias Budden, estudiante de doctorado en el momento de la investigación.

"El ingrediente clave de este éxito fue nuestro desarrollo de un nuevo tipo de fuente láser que puede producir alta intensidad, pulsos de luz del infrarrojo medio con una duración ajustable de aproximadamente un picosegundo a un nanosegundo, "agrega el coautor Thomas Gebert. El nuevo tipo de láser se basa en la sincronización de láseres de gas de alta potencia con pulsos de nanosegundos relativamente largos al ritmo ultrapreciso de pulsos de láser de estado sólido mucho más cortos.

Cuando pulsos de luz infrarroja tan largos e intensos golpean un material, pueden inducir vibraciones moleculares, distorsiones de celosía e incluso cambios en la configuración electrónica. Dada la complejidad de estos procesos, No es sorprendente que se hayan propuesto varias teorías muy diferentes para describir la física de la superconductividad mejorada por la luz. Asombrosamente, los autores descubrieron en su nuevo trabajo que la superconductividad persistía durante decenas de nanosegundos después de la fotoexcitación. Estas vidas significativamente prolongadas de los estados superconductores permitieron al equipo estudiar sistemáticamente la resistencia eléctrica de los materiales. Aunque una descripción microscópica de la superconductividad inducida por la luz en K ₃ C ₆₀ todavía falta, estos resultados representan un nuevo punto de referencia para las teorías actuales.

"Más importante, "Matthias Budden concluye, "Nuestro trabajo allana el camino para experimentos de presión sobre un efecto Meissner fotoinducido e inspira pensamientos sobre aplicaciones de circuitos superconductores en dispositivos integrados basados ​​en electrónica de alta velocidad de última generación". Tales aplicaciones incluyen sensores de campo magnético extremadamente sensibles, Computación cuántica de alto rendimiento y transmisión de energía sin pérdidas. Más generalmente, gracias al enfoque novedoso de combinar pulsos de excitación de infrarrojo medio más largos con mediciones directas de propiedades electrónicas y magnéticas, el equipo de MPSD tiene como objetivo mejorar el control y la comprensión de los muchos fenómenos fascinantes en materiales complejos.