接近其臨界溫度的二維超導(dǎo)體暴露于太赫茲頻率的電磁場(chǎng)中（圖中橙色箭頭）。在金屬光柵（圖中未展示）的幫助下，超導(dǎo)體中的自由電子激發(fā)形成等離激元。因此，自由電子充當(dāng)中間介質(zhì)：它們彼此相互作用，與光相互作用（通過(guò)等離激元）以及與庫(kù)珀對(duì)相互作用，如圖中紅色虛線所示。 （圖片來(lái)源：基礎(chǔ)科學(xué)研究所）

韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）復(fù)雜系統(tǒng)理論物理中心的教授Ivan Savenko報(bào)告了一種使用光學(xué)工具研究超導(dǎo)體特性的理論方法。這一理論被發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上，其共同作者是Vadim Kovalev博士，來(lái)自俄羅斯A.V. Rzhanov半導(dǎo)體物理研究所的物理學(xué)家。

在某個(gè)溫度以下（稱為臨界溫度），材料的電阻可能會(huì)消失，從而表現(xiàn)出超導(dǎo)性能。這個(gè)溫度往往是極低的，介于-200攝氏度和-272攝氏度之間。在這樣的低溫下，自由電子通常會(huì)突然改變其行為并配對(duì)，形成庫(kù)珀對(duì)（Cooper pairs）。這種改變表現(xiàn)為超導(dǎo)體中電流可以在材料中永久循環(huán)而不會(huì)出現(xiàn)損失。

不過(guò)，超導(dǎo)特性也可能會(huì)出現(xiàn)在略高于臨界溫度時(shí)。在這種所謂的波動(dòng)狀態(tài)下，庫(kù)珀對(duì)開(kāi)始出現(xiàn)和消失，從而大大改變了超導(dǎo)體的電導(dǎo)率以及其他特性。在五十多年前，Aslamazov和Larkin提出了一種理論，認(rèn)為波動(dòng)的超導(dǎo)體的電導(dǎo)率是由自由電子和庫(kù)珀對(duì)介導(dǎo)的。然而，波動(dòng)的超導(dǎo)性是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的研究課題，關(guān)于它的研究還在繼續(xù)。在這項(xiàng)新的研究中，研究人員提出了一種實(shí)驗(yàn)上可行的光譜學(xué)方法來(lái)監(jiān)測(cè)電子傳輸現(xiàn)象。

“雖然基于電阻的測(cè)量和利用磁的測(cè)量方法已經(jīng)可以很好地監(jiān)視超導(dǎo)體，但是很難將光與超導(dǎo)結(jié)合起來(lái)”，Savenko解釋道，“這是一個(gè)熱門(mén)的研究領(lǐng)域，我們可以期待基礎(chǔ)科學(xué)和創(chuàng)新應(yīng)用的新發(fā)現(xiàn)”。

超導(dǎo)和光是兩個(gè)看似無(wú)關(guān)的現(xiàn)象。通常，超導(dǎo)體對(duì)外部光不是很敏感：它們只能與外部光發(fā)生微弱的相互作用，更多的時(shí)候它們像是反射鏡。然而這項(xiàng)研究表明，位于無(wú)線電和紅外頻域之間的太赫茲（THz）頻率的光可以用于“光學(xué)地”探索超導(dǎo)體的特性。

研究人員對(duì)暴露于太赫茲波的二維波動(dòng)半導(dǎo)體層的光電響應(yīng)進(jìn)行了建模。在接近臨界溫度時(shí)，新產(chǎn)生的庫(kù)珀對(duì)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的電導(dǎo)率和光吸收發(fā)生顯著變化。自由電子充當(dāng)中間介質(zhì)，與庫(kù)珀對(duì)和光相互作用。

“我們開(kāi)發(fā)出的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。因此，我們相信我們的發(fā)現(xiàn)可以應(yīng)用于多種情況，”Savenko表示，“我們希望相關(guān)的實(shí)驗(yàn)可以在不久的將來(lái)進(jìn)行。它應(yīng)該能夠顯示出電流的改變，或者顯示出反射或透射光譜的改變，這取決于庫(kù)珀對(duì)的密度?！?/p>

翻譯：邱家曦

審校：戴晨

引進(jìn)來(lái)源：基礎(chǔ)科學(xué)研究所

引進(jìn)鏈接：https://phys.org/news/2020-05-superconductors.html

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