[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究证明，在K3C60中通过相干光激发分子振动，可在远高于其平衡转变温度（Tc = 20 K）的温度下诱导出一种瞬态的、类似超导态的相。利用超快太赫兹光谱技术，研究人员观测到在电导率虚部中出现持续的光学禁带和发散的低频响应，表明光驱动下出现的超导序在基底温度下远高于Tc时依然存在。

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.

研究动机与目标

• 研究相干光激发是否能在K3C60中诱导出超越其平衡Tc的非平衡超导样序。
• 探究在非热激发下，强关联有机超导体中超导光学响应的出现机制。
• 确定光致超导样态在K3C60中的寿命与稳定性。
• 理解分子晶格振动在介导涌现超导关联中的作用。

提出的方法

• 使用超快激光脉冲在室温下激发K3C60薄膜中的相干分子振动。
• 采用时间分辨太赫兹光谱技术，以亚皮秒时间分辨率测量光学电导率的实部与虚部。
• 在基底温度（10 K）下对系统进行探测，该温度远高于其平衡Tc（20 K）。
• 通过分析电导率中是否存在禁带特征以及虚部的发散响应，来识别超导行为的迹象。
• 通过特定激光偏振与延迟控制，隔离相干声子的影响。
• 理论建模支持光致配对关联通过声子介导机制的解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 在显著高于其平衡Tc的温度下，相干光激发是否能诱导K3C60中出现超导样态？
• RQ2 这种瞬态超导样态的光学特征是什么？
• RQ3 光激发后，该诱导的超导样态能持续多长时间？
• RQ4 分子晶格振动在稳定这种非平衡超导序中起什么作用？
• RQ5 所观测到的响应是否与光驱动配对机制一致，而非热或电子效应？

主要发现

• 在电导率实部中出现瞬态光学禁带，其持续时间超过1皮秒。
• 电导率虚部表现出低频发散，这是超导响应的典型特征。
• 该超导样态在10 K下被观测到，远高于其平衡Tc（20 K），表明其为非平衡相。
• 该诱导态具有光学活性，且持续时间超过晶格振动周期，表明存在集体、相干的动力学行为。
• 在无相干激发的对照实验中该响应消失，证实光在驱动该相变中的关键作用。
• 研究结果表明，相干光场可在强关联体系中稳定涌现的超导序。