Des lasers térahertz largement réglables augmentent la supraconductivité photo-induite en K₃C₆₀

Les chercheurs de l’Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière (MPSD) à Hambourg, en Allemagne, explorent depuis longtemps l’effet de l’utilisation de lecteurs laser sur mesure pour manipuler les propriétés des matériaux quantiques hors de l’équilibre. L’une des démonstrations les plus frappantes de cette physique a été celle des supraconducteurs non conventionnels, où des signatures de cohérence électronique améliorée et de super-transport ont été documentées dans les états de non-équilibre qui en résultent.

Cependant, ces phénomènes n’ont pas encore été systématiquement étudiés ou optimisés, principalement en raison de la complexité des expériences. Les applications technologiques sont donc encore très éloignées de la réalité.

Dans une expérience récente, ce même groupe de chercheurs a découvert un moyen beaucoup plus efficace de créer un état métastable de type supraconducteur précédemment observé dans K₃C₆₀ en utilisant la lumière laser. Les travaux du groupe Cavalleri sont parus dans Physique naturelle.

Les chercheurs ont montré que, lors du réglage de la lumière laser sur une résonance spécifique à basse fréquence, des impulsions lumineuses beaucoup moins puissantes pouvaient induire le même effet à des températures beaucoup plus élevées. La technologie laser développée à l’Institut a joué un rôle clé dans ce travail. En réglant la source lumineuse à 10 THz, une fréquence plus basse que ce qui était auparavant possible, l’équipe a réussi à recréer l’état supraconducteur à longue durée de vie dans le matériau à base de fullerène tout en réduisant l’intensité des impulsions d’un facteur 100.

Il a été directement observé que cet état induit par la lumière persistait à température ambiante pendant 100 picosecondes, mais il devrait avoir une durée de vie d’au moins 0,5 nanoseconde (une nanoseconde équivaut à un milliardième de seconde, une picoseconde à un billionième).

Leurs découvertes jettent un nouvel éclairage sur le mécanisme microscopique sous-jacent à la supraconductivité photo-induite, explique l’auteur principal Edward Rowe, titulaire d’un doctorat. étudiant du groupe Cavalleri : “L’identification de la fréquence de résonance permettra aux théoriciens de comprendre quelles excitations sont réellement importantes, puisqu’il n’existe actuellement aucune explication théorique largement acceptée de cet effet dans K₃C₆₀.”

Rowe envisage qu’une source lumineuse avec un taux de répétition plus élevé à la fréquence de 10 THz pourrait aider à maintenir l’état métastable plus longtemps : « Si nous pouvions délivrer chaque nouvelle impulsion avant que l’échantillon ne revienne à son état d’équilibre non supraconducteur, il serait peut-être possible de maintenir continuellement l’état supraconducteur. »

“Ces expériences sont une très belle démonstration de la manière dont les progrès technologiques peuvent rendre applicables de nombreux phénomènes qui ne sont jusqu’à présent pas pratiques”, déclare Andrea Cavalleri, directrice du MPSD, qui voit un effort de deux décennies pour explorer ces effets converger vers les technologies futures. “Il est également clair qu’un goulot d’étranglement crucial à résoudre réside dans le type et la disponibilité des sources laser, qui devraient aller de pair avec ces études pour faire avancer le domaine.”