用太赫兹光控制二维超导体

新的理论研究显示了如何使用太赫兹光窥视二维超导体的秘密

基础科学研究所（韩国IBS）复杂系统理论物理中心的研究人员伊万·萨文科教授（Ivan Savenko）报告了一种使用光学工具研究超导体特性的概念上新的方法。该理论发表在《物理评论快报》上，由A.V.Rzhanov半导体物理研究所（俄罗斯）。

在某个温度以下，材料的电阻率会消失，因此会出现超导性能。这些温度通常处于-200°C至-272°C之间的°极低温度，°通常未结合的电子突然改变其行为并配对，形成库珀对。这种过渡以超电流表现出来，超电流可以在材料中永久流通而不会造成损失。

系统图形：接近其临界温度的二维超导体。系统暴露于THz频率的电磁场（橙色箭头）。激发等离子体激元需要金属条作为光栅（未显示），激子是超导体中未结合电子的一种特殊激发形式。因此，未结合的电子起着介体的作用：它们彼此相互作用，与光相互作用（如等离子体激元）和与库珀对相互作用，如红色虚线所示。

但是，超导特性可能会出现在临界温度之上。在这种所谓的波动状态下，库珀对开始出现和消失，从而极大地改变了超导体的电导率和其他特性。五十多年前，Aslamazov和Larkin提出了一种理论，认为波动的超导体的电导率是由未结合的电子和库珀对介导的。然而，波动的超导性是一个具有挑战性的研究课题，以至于它继续受到研究。在这项新的研究中，研究人员提出了一种通过光谱学（一种实验上可用的光学平台）来监测这些电子传输现象的方法。

Savenko解释说：“尽管已经很好地建立了基于电阻率和磁性的方法来监视超导体，但是很难将“光和超导”结合起来。“这是一个热门研究领域，我们可以期待基础科学和创新应用方面的新发现。”

超导和光是两个看似无关的现象。通常，超导体对外部光不是很敏感：它们只能与外部光微弱地交互，而可以充当反射镜。相反，这项研究表明，位于无线电和红外域之间的太赫兹（THz）频率的光可用于光学探索超导体的特性。

研究人员对暴露于太赫兹波的二维波动半导体层的光学和电学响应进行了建模。接近临界温度时，新兴的库珀对会导致系统的电导率和光吸收发生重大变化。未结合的电子充当介质，与库珀对和光相互作用。

“我们开发的设计非常简单。因此，我们相信我们的发现可以适用于多种情况。” Savenko说。“我们希望相应的实验将在不久的将来进行。它应该显示电流的改变，或者反射或透射光谱的变化，这取决于库珀对的密度。”

参考：V.M.“关于低维超导体波动的等离子体光谱的建议”科瓦廖夫和I.G.萨文科（Savenko），2020年5月18日，《体检信》。
10.1103 / PhysRevLett.124.207002