Naukowcy z Instytutu Badań nad Strukturą i Dynamiką Materii im. Maxa Plancka (MPSD) w Hamburgu w Niemczech dokonali znaczącego przełomu w dziedzinie optoelektroniki poprzez zintegrowanie w chipie nadprzewodnictwa indukowanego laserem. Te pionierskie badania otwierają nowe możliwości rozwoju zastosowań optoelektronicznych.

Badanie opublikowane w czasopiśmie naukowym Nature Communications pokazuje, że zdolność do indukowania nadprzewodnictwa za pomocą wiązki lasera można z powodzeniem zintegrować w chipie. Osiągnięcie to stanowi znaczący postęp w dziedzinie optoelektroniki, która specjalizuje się w manipulowaniu materiałami za pomocą światła w celu wytworzenia nadprzewodnictwa w wysokich temperaturach.

Jednym z kluczowych wniosków z badania jest to, że odpowiedź elektryczna fotowzbudzonego K3C60 – rodzaju materiału znanego jako fuleren – nie jest liniowa. Oznacza to, że rezystancja próbki zależy od przyłożonego prądu, co jest charakterystyczną cechą nadprzewodnictwa. Odkrycie to potwierdza wcześniejsze obserwacje i zapewnia nowy wgląd w fizykę cienkich warstw K3C60.

Do przeprowadzenia eksperymentów badacze wykorzystali nieliniową spektroskopię THz na chipie. Cienkie warstwy K3C60 połączono z przełącznikami fotoprzewodzącymi za pomocą falowodów współpłaszczyznowych, a do wyzwolenia przełącznika wykorzystano widzialny impuls laserowy. Wygenerowało to potężny impuls prądu elektrycznego, który przeszedł przez materiał z prędkością równą prawie połowie prędkości światła. Impuls prądu został następnie wykryty przez inny przełącznik, dostarczając ważnych informacji na temat nadprzewodzących właściwości materiału.

Poprzez jednoczesne napromieniowanie folii K3C60 światłem średniej podczerwieni, badacze byli w stanie zaobserwować nieliniowe zmiany prądu w materiale wzbudzonym optycznie. Szczególne znaczenie ma ta obserwacja zachowania prądu krytycznego wraz z efektem Meissnera, który jest kolejną kluczową właściwością nadprzewodników. Te dwa zjawiska nie były wcześniej mierzone, co czyni to odkrycie rewolucyjnym.

Stwierdzono, że kontrolowany optycznie stan K3C60 przypomina stan ziarnistego nadprzewodnika składającego się z luźno połączonych wysp nadprzewodzących. Odkrycie to dostarcza cennych informacji na temat zachowania materiałów nadprzewodzących i otwiera nowe możliwości dla przyszłych badań i zastosowań.

Ten przełom w optoelektronice może zrewolucjonizować różne dziedziny, w tym informatykę, telekomunikację i magazynowanie energii. Integracja nadprzewodnictwa indukowanego laserem w chipie przybliża nas o krok do tworzenia szybszych i wydajniejszych urządzeń elektronicznych”.

Profesor Andrea Cavalieri, kierownik grupy badawczej w MPSD, mówi: „Nasza praca pokazuje potencjał łączenia ultraszybkich technologii laserowych ze spektroskopią na chipie w celu badania nowych materiałów. Takie podejście może utorować drogę przyszłym przełomom w technologiach optoelektronicznych”.