Een onderzoeker bij het Centre for Theoretical Physics of Complex Systems binnen het Institute for Basic Science (IBS, Zuid-Korea), Professor Ivan Savenko, heeft een conceptueel nieuwe methode gerapporteerd om de eigenschappen van supergeleiders te bestuderen met behulp van optische hulpmiddelen. De theorie is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven en co-auteur van dokter Vadim Kovalev, natuurkundige bij de A.V. Rzhanov Instituut voor Halfgeleiderfysica (Rusland).

Beneden een bepaalde temperatuur, de soortelijke weerstand van een materiaal kan verdwijnen, en supergeleidende eigenschappen ontstaan. Dit zijn meestal extreem lage temperaturen, tussen -200 graden C en -272 graden C, waar gewoonlijk ongebonden elektronen plotseling hun gedrag veranderen en paren, Cooperparen vormen. Deze overgang manifesteert zich met superstromen, die voor altijd zonder verliezen in het materiaal kan circuleren.

Echter, supergeleidende eigenschappen kunnen iets boven de kritische temperatuur verschijnen. In dit zogenaamde fluctuerende regime, Cooperparen beginnen te verschijnen en te verdwijnen, de elektrische geleidbaarheid en andere eigenschappen van de supergeleider drastisch veranderen. Meer dan vijftig jaar geleden, Aslamazov en Larkin ontwikkelden een theorie die stelt dat de geleidbaarheid van fluctuerende supergeleiders wordt gemedieerd door zowel ongebonden elektronen als Cooper-paren. Echter, fluctuerende supergeleiding is zo'n uitdagend onderzoeksonderwerp dat het nog steeds wordt onderzocht. In deze nieuwe studie de onderzoekers suggereren een manier om deze elektronentransportfenomenen te volgen met optische spectroscopie, een experimenteel beschikbaar optisch platform.

"Hoewel de op weerstand gebaseerde en magnetische methoden om supergeleiders te bewaken goed ingeburgerd zijn, het is heel moeilijk om licht en supergeleiding te "huwelijken", " legt Savenko uit. "Dit is een hot onderzoeksveld waar we nieuwe ontdekkingen in fundamentele wetenschap en innovatieve toepassingen kunnen verwachten."

Supergeleiding en licht zijn twee schijnbaar ongerelateerde fenomenen. Gebruikelijk, supergeleiders zijn niet erg gevoelig voor extern licht:ze kunnen er slechts zwak mee interageren, en dienen eerder als spiegels. Deze studie, in plaats daarvan, laat zien dat licht op terahertz (THz) frequenties, die tussen het radio- en infrarooddomein liggen, kan worden gebruikt om de eigenschappen van supergeleiders optisch te onderzoeken.

De onderzoekers modelleerden de optische en elektrische reacties van een 2D fluctuerende halfgeleidende laag die werd blootgesteld aan THz-golven. Het naderen van de kritische temperatuur, de opkomende Cooper-paren veroorzaken significante veranderingen in elektrische geleidbaarheid en lichtabsorptie door het systeem. De ongebonden elektronen fungeren als mediatoren, interactie met zowel Cooper-paren als licht.

"Het ontwerp dat we hebben ontwikkeld is heel eenvoudig. wij geloven dat onze ontdekking van toepassing kan zijn op meerdere gevallen, ", zegt Savenko. "We verwachten dat het bijbehorende experiment in de nabije toekomst zal worden uitgevoerd. Het moet ofwel de wijziging van de elektrische stroom weergeven, of de wijziging van het gereflecteerde of doorgelaten lichtspectrum, afhankelijk van de dichtheid van de Cooper-paren."