La supraconductivité - la capacité d'un matériau à transmettre un courant électrique sans perte - est un effet quantique qui, malgré des années de recherche, est encore limitée à des températures très basses. Aujourd'hui, une équipe de scientifiques du MPSD a réussi à créer un état métastable avec une résistance électrique en voie de disparition dans un solide moléculaire en l'exposant à des impulsions finement réglées de lumière laser intense. Cet effet n'avait déjà été démontré en 2016 que depuis très peu de temps, mais dans une nouvelle étude, les auteurs de l'article ont montré une durée de vie beaucoup plus longue, près de 10 000 fois plus longtemps qu'avant. Les longues durées de vie de la supraconductivité induite par la lumière sont prometteuses pour les applications en électronique intégrée. La recherche de Budden et al. a été publié dans Physique de la nature .

La supraconductivité est l'un des phénomènes les plus fascinants et mystérieux de la physique moderne. Il décrit la perte brutale de résistance électrique de certains matériaux lorsqu'ils sont refroidis en dessous d'une température critique. Cependant, la nécessité d'un tel refroidissement limite encore l'utilisabilité technologique de ces matériaux.

Dans les années récentes, les recherches du groupe d'Andrea Cavalleri au MPSD ont révélé que les impulsions intenses de lumière infrarouge sont un outil viable pour induire des propriétés supraconductrices dans une variété de matériaux différents à des températures beaucoup plus élevées que ce qui serait possible sans photo-stimulation. Cependant, ces états exotiques n'ont jusqu'à présent persisté que quelques picosecondes (des billions de seconde), limitant ainsi les méthodes expérimentales pour les étudier à l'optique ultrarapide.

Une avancée révolutionnaire a été signalée cette semaine. Les chercheurs du groupe Cavalleri ont maintenant réussi à augmenter la durée de vie d'un tel état supraconducteur induit par la lumière de plus de quatre ordres de grandeur dans le supraconducteur organique K3C60, qui est à base de fullerènes (molécules de « ballon de football » formées de 60 atomes de carbone). "Nous avons découvert un état à longue durée de vie avec une résistance de disparition à une température cinq fois supérieure à celle à laquelle la supraconductivité s'installe sans photoexcitation, " dit l'auteur principal Matthias Budden, doctorant au moment de la recherche.

« L'ingrédient clé de ce succès a été notre développement d'un nouveau type de source laser capable de produire une intensité élevée, des impulsions lumineuses dans l'infrarouge moyen avec une durée réglable d'environ une picoseconde à une nanoseconde, " ajoute le co-auteur Thomas Gebert. Le nouveau type de laser est basé sur la synchronisation de lasers à gaz de haute puissance avec des impulsions nanosecondes relativement longues au rythme ultra-précis d'impulsions laser à solide beaucoup plus courtes.

Lorsque des impulsions de lumière infrarouge aussi longues et intenses frappent un matériau, ils peuvent induire des vibrations moléculaires, distorsions du réseau et même des changements dans la configuration électronique. Compte tenu de la complexité de ces processus, il n'est pas surprenant que plusieurs théories très différentes aient été proposées pour décrire la physique de la supraconductivité augmentée par la lumière. Étonnamment, les auteurs ont découvert dans leurs nouveaux travaux que la supraconductivité persistait pendant des dizaines de nanosecondes après la photo-excitation. Ces durées de vie significativement prolongées des états supraconducteurs ont permis à l'équipe d'étudier systématiquement la résistance électrique des matériaux. Bien qu'une description microscopique de la supraconductivité induite par la lumière dans K 3 C 60 est toujours porté disparu, ces résultats représentent une nouvelle référence pour les théories actuelles.

"Le plus important, " conclut Matthias Budden, "notre travail ouvre la voie à des expériences pressantes sur un effet Meissner photo-induit et inspire des réflexions sur les applications des circuits supraconducteurs dans des dispositifs intégrés basés sur l'électronique à grande vitesse de pointe." De telles applications incluent des capteurs de champ magnétique extrêmement sensibles, calcul quantique haute performance et transmission de puissance sans perte. Plus généralement, grâce à la nouvelle approche consistant à combiner des impulsions d'excitation plus longues dans l'infrarouge moyen avec des mesures directes des propriétés électroniques et magnétiques, l'équipe MPSD vise à améliorer le contrôle et la compréhension des nombreux phénomènes fascinants dans les matériaux complexes.