Un courant pétahertz polarisé est entraîné par un laser ultracourt dans un supraconducteur organique. Ceci est en contraste avec la croyance de bon sens qui est justifiée par la loi d'Ohm, c'est à dire., un courant net ne peut pas être induit par un champ électrique oscillant de lumière. Le courant augmente près de la température de transition supraconductrice. Le courant pétahertz entraîné par la lumière ouvre la voie à un fonctionnement à grande vitesse des ordinateurs, un million de fois plus rapide que les ordinateurs conventionnels.

Dans les technologies de l'information (TI) modernes, les données sont traitées et transportées par les mouvements des électrons dans une CPU. Dans les circuits électriques, les électrons se déplacent dans une direction souhaitée par un champ électrique appliqué. Une fréquence de commutation marche-arrêt du mouvement des électrons, que l'on appelle par exemple "horloge CPU", est un ordre de gigahertz (10 ⁹ Hz).

D'autre part, un champ de lumière oscillant avec une fréquence de pétahertz (10 ¹⁵ Hz) a le potentiel de réaliser un fonctionnement pétahertz de la commutation marche-arrêt. Si l'on peut déplacer des électrons avec la fréquence de la lumière, la vitesse de traitement des données pourrait être un million de fois plus rapide que celle des ordinateurs conventionnels. Une oscillation électromagnétique de la lumière a, cependant, jamais conduit de courant polarisé (c'est-à-dire, la moyenne temporelle du courant pendant l'impulsion lumineuse est nulle), parce que le champ lumineux oscillant est temporellement/spatialement symétrique. Chercheurs de l'Université du Tohoku, Université de Nagoya, Institut des sciences moléculaires, L'université des sciences d'Okayama et l'université Chuo ont réussi à déplacer des électrons dans un supraconducteur organique dans une direction spécifique par irradiation d'impulsions laser ultracourtes.

Selon la loi d'Ohm, un courant induit (et la vitesse des électrons) est proportionnel au champ électrique appliqué. Notez que la loi d'Ohm est valable, si les électrons sont dispersés plusieurs fois dans les solides. En réalité, la résistivité des matériaux est déterminée par les processus de diffusion électron-électron et/ou électron-phonon. Si le champ électrique peut être appliqué sur une échelle de temps plus courte que le temps de diffusion, cependant, les électrons dans les solides n'ont pas assez de temps pour être moyennés. Au lieu, les électrons doivent être accélérés et générer un courant net polarisé. Par conséquent, les chercheurs ont tenté de réaliser un tel « courant sans diffusion » à l'aide d'impulsions laser ultracourtes suffisamment plus courtes que le temps de diffusion des électrons (environ 40 femtosecondes dans les supraconducteurs organiques).

Un obstacle à la réalisation d'une telle expérience est que la détection électrique d'un courant de si courte durée est impossible. Par conséquent, les chercheurs emploient la détection optique. La génération de deuxième harmonique (SHG) est bien connue comme méthode de détection de bris de symétrie électronique, comme un moment dipolaire macroscopique dans les ferroélectriques. Le SHG peut également être induit par le courant polarisé qui est un autre type de bris de symétrie électronique.

Les chercheurs font briller leur laser ultracourt avec une largeur d'impulsion d'environ 6 fs (6 × 10 ^-15 s) sur un supraconducteur organique centrosymétrique, -(BEDT-TTF) 2 Cu[N(CN) 2 ]Br, et détecter une génération de deuxième harmonique (SHG). Cela contraste avec le bon sens car le SHG n'est généré que dans les matériaux dans lesquels la symétrie spatiale est rompue. Leur détection du SHG dans le matériau centrosymétrique indique qu'un courant net polarisé est généré pendant l'irradiation lumineuse.

Pour confirmer un tel courant polarisé non linéaire, les chercheurs étudient la dépendance de la phase porteur-enveloppe (CEP; phase relative entre l'oscillation de la lumière et son enveloppe) de la SHG, car la nature sensible au CEP est un comportement caractéristique du SHG induit par le courant. Un changement périodique de l'intensité SHG en fonction du CEP est une preuve que le SHG observé est en fait attribuable au courant sans diffusion.

Les chercheurs démontrent en outre que la relation entre le courant sans diffusion et la supraconductivité. Le présent résultat (Fig. 2b) montre que le SHG est détecté dans la plage de température inférieure à 50 K (> température de transition supraconductrice ( T SC =11,5 K)). Le résultat montre également que l'intensité du SHG croît rapidement vers la température de transition inférieure à 25 K (∼2 × T SC ), indiquant que le courant sans diffusion est sensible à une « fluctuation supraconductrice ». Dans de nombreux supraconducteurs, la fluctuation supraconductrice, ou germes microscopiques de supraconductivité, a été trouvé à des températures supérieures à la transition supraconductrice, et l'augmentation de l'intensité du second harmonique semble être liée aux fluctuations supraconductrices.

Les chercheurs disent, « Avec une meilleure compréhension du courant pétahertz non linéaire sans diffusion, nous pourrons peut-être fabriquer des ordinateurs avec une vitesse de fonctionnement du pétahertz qui est un million de fois plus rapide que celle actuelle du gigahertz. Ce phénomène peut également être utilisé comme un outil pour élucider le mécanisme microscopique des états supraconducteurs, car il est sensible à la fluctuation supraconductrice."