德國漢堡馬克斯普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)與動力學(xué)研究所（MPSD）的研究人員介紹，用激光束開啟超導(dǎo)性能可以集成在芯片上，開辟了一條通往光電應(yīng)用的道路。

他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然·通訊》上，并且光激發(fā)K3C60的電響應(yīng)不是線性的，即樣品的電阻取決于施加的電流。這是超導(dǎo)電性的一個關(guān)鍵特征，驗證了之前的一些觀察結(jié)果，并為K3C60薄膜的物理學(xué)提供了新的信息和觀點。

對材料進(jìn)行光學(xué)操縱以在高溫下產(chǎn)生超導(dǎo)電性是MPSD的一個關(guān)鍵研究重點。到目前為止，這種策略已經(jīng)在幾種量子材料中取得了成功，包括銅酸鹽、k-(ET)2-X和K3C60。在這些材料的光驅(qū)動態(tài)的先前研究中，已經(jīng)觀察到增強(qiáng)的電相干性和消失的電阻。

在這項研究中，來自 Cavalleri 小組的研究人員部署了片上非線性太赫茲光譜，以開拓皮秒傳輸測量領(lǐng)域（皮秒是萬億分之一秒）。他們將 K3C60 薄膜連接到具有共面波導(dǎo)的光電導(dǎo)開關(guān)。

測量設(shè)置，其中中紅外和可見光束聚焦在光電器件上。

他們使用可見激光脈沖觸發(fā)開關(guān)，通過材料發(fā)送持續(xù)僅一皮秒的強(qiáng)電流脈沖。電流脈沖以光速的一半穿過固體后，到達(dá)另一個開關(guān)，該開關(guān)作為探測器，揭示了重要信息，如超導(dǎo)電性的特征電信號。

通過同時將K3C60薄膜暴露于中紅外光下，研究人員能夠觀察到光激發(fā)材料中的非線性電流變化。這種所謂的臨界電流行為和邁斯納效應(yīng)是超導(dǎo)體的兩個關(guān)鍵特征。然而，到目前為止，兩者都沒有被測量過，這使得在激發(fā)的固體中演示臨界電流行為尤為重要。此外，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，K3C60的光驅(qū)動狀態(tài)類似于所謂的顆粒超導(dǎo)體，由弱連接的超導(dǎo)島組成。

MPSD具有獨特的優(yōu)勢，可以在皮秒尺度上進(jìn)行此類測量，其芯片上的設(shè)置是在內(nèi)部設(shè)計和構(gòu)建的。主要作者、卡瓦列里小組的科學(xué)家王怡琳說：“我們開發(fā)了一種技術(shù)平臺，非常適合探測非平衡狀態(tài)下的非線性輸運(yùn)現(xiàn)象，如非線性和反�；魻栃�應(yīng)、安德列夫反射等”。此外，非平衡超導(dǎo)與光電子平臺的整合可能會導(dǎo)致基于這種效應(yīng)的新器件。

安德烈·卡瓦列里（Andrea Cavalleri）是該研究小組的創(chuàng)始人，目前擔(dān)任該小組的負(fù)責(zé)人，他補(bǔ)充道：“這項工作突顯了漢堡MPSD的科技發(fā)展，在那里，新的實驗方法不斷被開發(fā)出來，以實現(xiàn)新的科學(xué)理解。我們一直在研究超快電輸運(yùn)方法近十年，現(xiàn)在能夠研究非平衡材料中的許多新現(xiàn)象，并有可能在技術(shù)上帶來持久的變化�！�

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