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长三角G60激光联盟导读
来自德国Hamburg Max Planck物质结构与动力学研究所(MPSD)的Andrea Cavalleri团队的研究人员提供了证据 ， 证明某些铜基化合物中的电子“条纹”可能会导致材料的晶体对称性破缺 ， 即使在超导状态下也会持续存在 。 他们的工作已在PNAS上发表 。
为什么有些材料只有在冷却到接近绝对零度时才会有无电阻的电流 ， 而另一些材料则在相对较高的温度下才会有？这个关键问题一直困扰着研究超导现象的科学家们 。 现在 ， 来自德国Hamburg Max Planck物质结构与动力学研究所(MPSD)的Andrea Cavalleri团队的研究人员提供了证据 ， 证明某些铜基化合物中的电子“条纹”可能会导致材料的晶体对称性破缺 ， 即使在超导状态下也会持续存在 。 他们的工作已在PNAS上发表 。
高温超导铜氧化物表面被超短光脉冲照射后会发出太赫兹辐射 。 这种效应只发生在超导性与电荷条序共存的化合物中 。 来源：J?rg Harms MPSD
研究小组聚焦于一系列的铜氧化物 ， 研究了它们的超导态与其他量子相的共存和竞争 。 这种相互作用被认为是高温超导发展的关键 ， 这一过程仍然是凝聚态物理学中最重要的未解决的问题之一 。
研究人员将Brookhaven国家实验室生长和表征的几种铜晶体暴露在超短激光脉冲下 。 他们观察到这些材料如何开始发射一种特殊的太赫兹(THz)光——一种被称为太赫兹发射光谱的技术 。
（A–D）本研究中研究的四种化合物的温度掺杂相图 。 TCO、TSO和TC分别代表电荷有序、自旋有序和超导临界温度 。 （E–H）在（A–D）中的整圈指示的温度下 ， 泵注量为2.5 mJ/cm2时 ， 采集的依赖于时间的THz发射轨迹 。 （E–H）中选定时域记录道的（I–L）傅里叶变换（圆） 。
通常 ， 这种发射只发生在磁场或极化电流存在的情况下 。 然而 ， MPSD团队在没有施加任何外部偏差的情况下探测了这些铜 ， 并在其中一些铜中发现了“异常”太赫兹发射 。 这些化合物的特点是所谓的电荷条带顺序——电子排列成链状 ， 而不是自由移动 。 电荷条纹的顺序似乎打破了材料的晶体对称性 ， 就像磁场或外加电流会做的那样 ， 这种对称性打破持续在超导状态下 。
与La1.905Ba0.095CuO4中的平衡约瑟夫森等离子体共振（JPR）的比较 。
论文的第一作者Daniele Nicoletti说：“通过对各种化合物进行实验 ， 我们非常惊讶地发现 ， 在一些超导体中 ， 太赫兹发射清晰连贯 ， 几乎是单色的 ， 相反 ， 在另一些超导体中完全没有响应 。 我们能够合理地将太赫兹发射特征与电荷条纹顺序的存在联系起来 ， 电荷条纹顺序是在各种铜系中发现的一种特殊的有序相 ， 被认为在高温超导机制中发挥了作用 。 电荷条带很可能导致超导体中的对称性破坏 ， 而这种破坏在过去的其他实验技术中没有发现 。 ”
该团队与来自哈佛大学、苏黎世联邦理工学院和MPSD理论部门的物理学家合作 ， 为这一现象提供了详细的解释 。 从观察到相干太赫兹发射非常接近“Josephson 等离子体频率” ， 这是超导电子对穿过晶体铜-氧平面的共振隧穿频率开始 ， 研究人员确定了所谓的“Josephson plasma frequency”作为发射源 。 这些是在超导体和外部环境之间的界面上形成的声波的类似物 。 原则上 ， 这些是“沉默”模式 ， 这意味着它们不直接与光耦合 ， 因此不会辐射 。 然而 ， 正是条带顺序引入的电荷调制的存在 ， 提供了与外界必要的耦合 ， 并允许这些模式发光 。
（A）铜酸盐三个相邻平面的电荷密度模式（蓝色渐变比例） ， 带有相称条纹（红色虚线间隔4a ， 其中A是晶格常数） 。 （B）一旦失去可公度性 ， 条纹就会波动 ， 或者相邻层之间没有相位关系 ， 反转对称性就会破坏 ， THz发射就会启用 。 （C ， 左）大块约瑟夫森等离子体极化子的平面内色散（红线） 。 这些模式（右）的发射预计将非常广泛 ， 因为它包含广泛的面内动量qx（灰度阴影） 。 （D ， 左）表面约瑟夫逊等离子体的平面外色散（实心蓝线） 。 这些模式局限于表面 ， 并沿z（平面外方向）传播 。 由于它们的色散低于光锥（红色阴影） ， 因此预计它们不会辐射到真空中 。 （右）条纹超导体中表面Josephson等离子体的计算发射光谱 。
