[論文レビュー] An optically stimulated superconducting-like phase in K3C60 far above equilibrium Tc

Matteo Mitrano, A. Cantaluppi+11 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2015

Organic and Molecular Conductors Research参考文献 24被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、K3C60における分子格子振動のコherentな光励起が、平衡転移温度（Tc = 20 K）よりもはるかに高い温度で一時的な超伝導様状態を誘起することを示している。超短パルステラヘルツ分光法を用いて、研究者たちは、導電率の虚数部における低周波数応答の発散と、持続的な光学的ギャップを観測し、光によって駆動される新たな超伝導秩序が、Tc よりもはるかに高い基底温度でも顕在していることを示している。

ABSTRACT

The control of non-equilibrium phenomena in complex solids is an important research frontier, encompassing new effects like light induced superconductivity. Here, we show that coherent optical excitation of molecular vibrations in the organic conductor K3C60 can induce a non-equilibrium state with the optical properties of a superconductor. A transient gap in the real part of the optical conductivity and a low-frequency divergence of the imaginary part are measured for base temperatures far above equilibrium Tc=20 K. These findings underscore the role of coherent light fields in inducing emergent order.

研究の動機と目的

• コherentな光励起が、平衡Tcより高い温度においてK3C60に非平衡超伝導様秩序を誘起できるかどうかを調査すること。
• 非熱的励起下における強相関有機超伝導体としてのK3C60における超伝導的光学応答の出現を調べること。
• 光励起によって誘起された超伝導様相の寿命と安定性を特定すること。
• 分子格子振動が、出現する超伝導的相関を媒介する役割を果たすメカニズムを理解すること。

提案手法

• 室温で超短パルスレーザーを用いて、K3C60膜内のコherentな分子格子振動を励起する。
• 時間分解テラヘルツ分光法により、1ピコ秒未満の時間分解能を有して、光学的導電率の実部および虚数部を測定する。
• 平衡Tc（20 K）よりもはるかに高い温度である10 Kの基底温度で、系をプローブする。
• 導電率の測定値から、ギャップおよび虚数部における発散応答の兆候を分析し、超伝導的挙動を示す。
• 特定のレーザー偏光および遅延制御を用いることで、コherentフォノンの効果を分離する。
• 理論的モデリングにより、フォノン媒介メカニズムによる光誘起対相関の解釈を支持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コherentな光励起が、平衡Tc よりも著しく高い温度におけるK3C60に超伝導様状態を誘起できるか？
• RQ2 この一時的な超伝導様状態の光学的特徴は何か？
• RQ3 光励起後に誘起された超伝導様状態はどのくらいの期間持続するか？
• RQ4 分子格子振動が、この非平衡超伝導秩序を安定化させる役割を果たすか？
• RQ5 観測された応答は、熱的または電子的アーティファクトではなく、光駆動型対形成メカニズムと整合しているか？

主な発見

• 励起後に1ピコ秒以上持続する、導電率の実部における一時的な光学的ギャップが観測された。
• 導電率の虚数部に低周波数発散が観測され、超伝導的応答の特徴的兆候である。
• 10 Kという温度で超伝導様状態が観測されたが、これは平衡Tc（20 K）よりも高い温度であるため、非平衡相であることが示された。
• 誘起された状態は光学的に活性であり、格子振動周期よりも長く持続しており、集団的かつコherentなダイナミクスを示唆している。
• コherent励起がない制御実験では応答が観測されず、光が相の誘起に寄与していることが確認された。
• 本研究の結果は、コherentな光場が強相関系において出現する超伝導秩序を安定化できることを示している。