Een gepolariseerde petahertz-stroom wordt aangedreven door een ultrakorte laser in een organische supergeleider. Dit is in tegenstelling tot het gezond verstand dat wordt gerechtvaardigd door de wet van Ohm, d.w.z., een netto stroom kan niet worden geïnduceerd door een oscillerend elektrisch lichtveld. De stroom neemt toe in de buurt van de supergeleidende overgangstemperatuur. De door licht aangedreven petahertz-stroom opent de weg naar een snelle werking van computers, die een miljoen keer sneller is dan conventionele.

In de moderne informatietechnologie (IT), gegevens worden verwerkt en gedragen door de bewegingen van elektronen in een CPU. In de elektrische circuits, de elektronen bewegen in een gewenste richting door een aangelegd elektrisch veld. Een frequentie van het aan-uit schakelen van de elektronenbeweging, die bijvoorbeeld een "CPU-klok" wordt genoemd, is een orde van gigahertz (10 ⁹ Hz).

Anderzijds, een oscillerend lichtveld met een frequentie van petahertz (10 ¹⁵ Hz) heeft het potentieel om petahertz-werking van de aan-uitschakeling te realiseren. Als men elektronen kan verplaatsen met de lichtfrequentie, de snelheid van gegevensverwerking zou een miljoen keer sneller kunnen zijn dan die van conventionele computers. Een elektromagnetische trilling van licht heeft, echter, nooit aangedreven gepolariseerde stroom (d.w.z. het tijdsgemiddelde van de stroom tijdens de lichtpuls is nul), omdat het oscillerende lichtveld tijdelijk/ruimtelijk symmetrisch is. Onderzoekers van Tohoku University, Universiteit van Nagoya, Instituut voor Moleculaire Wetenschappen, Okayama Science University en Chuo University zijn erin geslaagd elektronen in een organische supergeleider in een bepaalde richting te bewegen door bestraling van ultrakorte laserpulsen.

Volgens de wet van Ohm, een geïnduceerde stroom (en snelheid van elektronen) is evenredig met het aangelegde elektrische veld. Merk op dat de wet van Ohm geldt, als de elektronen vele malen in vaste stoffen worden verstrooid. In feite, de soortelijke weerstand van de materialen wordt bepaald door de elektronen-elektron- en/of elektron-fononverstrooiingsprocessen. Als het elektrische veld kan worden toegepast op de tijdschaal korter dan de verstrooiingstijd, echter, de elektronen in vaste stoffen hebben niet genoeg tijd om gemiddeld te worden. In plaats daarvan, de elektronen moeten worden versneld en een gepolariseerde nettostroom genereren. Daarom, de onderzoekers hebben geprobeerd een dergelijke 'verstrooiingsvrije stroom' te realiseren met ultrakorte laserpulsen die voldoende korter zijn dan de elektronenverstrooiingstijd (ongeveer 40 femtoseconden in organische supergeleiders).

Een obstakel om zo'n experiment te realiseren is dat elektrische detectie van zo'n kortstondige stroom onmogelijk is. Daarom, de onderzoekers gebruiken de optische detectie. Tweede harmonische generatie (SHG) staat bekend als de methode voor het detecteren van elektronische symmetriebreking, zoals een macroscopisch dipoolmoment in ferro-elektriciteit. De SHG kan ook worden geïnduceerd door de gepolariseerde stroom, wat een ander type is van het breken van elektronische symmetrie.

De onderzoekers schijnen hun ultrakorte laser met een pulsbreedte van ongeveer 6 fs (6 × 10 ^-15 s) op een organische centrosymmetrische supergeleider, κ-(BEDT-TTF) ₂ Cu[N(CN) ₂ ]Br, en detecteren van een tweede harmonische generatie (SHG). Dit in tegenstelling tot het gezond verstand omdat de SHG alleen wordt gegenereerd in de materialen waarin ruimtelijke symmetrie wordt verbroken. Hun detectie van de SHG in het centrosymmetrische materiaal geeft aan dat tijdens de lichtbestraling een gepolariseerde nettostroom wordt gegenereerd.

Om een ​​dergelijke niet-lineaire gepolariseerde stroom te bevestigen, de onderzoekers onderzoeken carrier-envelop fase (CEP; relatieve fase tussen de oscillatie van licht en zijn envelop) afhankelijkheid van de SHG, omdat CEP-gevoelige aard een kenmerkend gedrag is van de huidige geïnduceerde SHG. Een periodieke verandering van de SHG-intensiteit als functie van de CEP is een bewijs dat de waargenomen SHG feitelijk te wijten is aan de verstrooiingsvrije stroom.

De onderzoekers tonen verder aan dat de relatie tussen de verstrooiingsvrije stroom en de supergeleiding. Het huidige resultaat (Fig. 2b) laat zien dat de SHG wordt gedetecteerd bij een temperatuurbereik onder 50 K (> supergeleidende overgangstemperatuur ( t _SC =11,5 K)). Het resultaat laat ook zien dat de intensiteit van de SHG snel groeit naar de overgangstemperatuur onder 25 K (∼2 × t _SC ), wat aangeeft dat de verstrooiingsvrije stroom gevoelig is voor een "supergeleidende fluctuatie". In veel supergeleiders, de supergeleidende fluctuatie, of microscopisch kleine zaden van supergeleiding, is gevonden bij temperaturen hoger dan de supergeleidende overgang, en de toename van de intensiteit van de tweede harmonische lijkt verband te houden met de supergeleidende fluctuaties.

De onderzoekers zeggen, "Met meer begrip van de verstrooiingsvrije niet-lineaire petahertzstroom, misschien kunnen we computers maken met een werksnelheid van petahertz die een miljoen keer sneller is dan de huidige van gigahertz. Dit fenomeen kan ook worden gebruikt als een hulpmiddel om het microscopische mechanisme van supergeleidende toestanden op te helderen, omdat het gevoelig is voor de supergeleidende fluctuatie."