Figura 1. Grafico del sistema:un superconduttore bidimensionale vicino alla sua temperatura critica. Il sistema è esposto a un campo elettromagnetico (freccia arancione) con frequenza THz. Strisce di metalli come reticolo (non mostrato) sono necessarie per l'eccitazione dei plasmoni, un tipo speciale di eccitazione degli elettroni non legati nel superconduttore. Così, gli elettroni non legati agiscono come mediatori:interagiscono tra loro, con la luce (come plasmoni), e con le coppie Cooper, raffigurati come cerchi rossi tratteggiati. Credito:Istituto per le scienze di base
Ricercatore presso il Centro di Fisica Teorica dei Sistemi Complessi dell'Istituto per le Scienze di Base (IBS, Corea del Sud), Professor Ivan Savenko, ha riportato un metodo concettualmente nuovo per studiare le proprietà dei superconduttori utilizzando strumenti ottici. La teoria è stata pubblicata in Lettere di revisione fisica e co-autore del dottor Vadim Kovalev, fisico presso l'A.V. Istituto Rzhanov di fisica dei semiconduttori (Russia).
Al di sotto di una certa temperatura, la resistività di un materiale può scomparire, ed emergono proprietà superconduttive. Queste sono solitamente temperature estremamente basse, tra -200 gradi C e -272 gradi C, dove gli elettroni comunemente non legati cambiano improvvisamente il loro comportamento e si accoppiano, formare coppie di Cooper. Questa transizione si manifesta con supercorrenti, che può circolare nel materiale per sempre senza perdite.
Però, le proprietà superconduttive possono apparire leggermente al di sopra della temperatura critica. In questo cosiddetto regime fluttuante, Le coppie di Cooper iniziano ad apparire e scomparire, alterando drasticamente la conduttività elettrica e altre proprietà del superconduttore. Più di cinquant'anni fa, Aslamazov e Larkin hanno sviluppato una teoria secondo la quale la conduttività dei superconduttori fluttuanti è mediata sia da elettroni non legati che da coppie di Cooper. Però, la superconduttività fluttuante è un argomento di ricerca così impegnativo che continua ad essere studiato. In questo nuovo studio, i ricercatori suggeriscono un modo per monitorare questi fenomeni di trasporto di elettroni con la spettroscopia ottica, una piattaforma ottica disponibile in via sperimentale.
"Mentre i metodi magnetici e basati sulla resistività per monitorare i superconduttori sono ben consolidati, è molto difficile "sposare" luce e superconduttività, " spiega Savenko. "Questo è un campo di ricerca caldo in cui possiamo aspettarci nuove scoperte nella scienza fondamentale e applicazioni innovative".
La superconduttività e la luce sono due fenomeni apparentemente non correlati. Generalmente, i superconduttori non sono molto sensibili alla luce esterna:possono interagire solo debolmente con essa, e servono piuttosto da specchi. Questo studio, Invece, mostra che la luce a frequenze terahertz (THz), che si trovano tra i domini radio e infrarossi, potrebbe essere utilizzato per esplorare otticamente le proprietà dei superconduttori.
I ricercatori hanno modellato le risposte ottiche ed elettriche di uno strato semiconduttore fluttuante 2-D esposto alle onde THz. Avvicinandosi alla temperatura critica, le coppie Cooper emergenti causano cambiamenti significativi nella conduttività elettrica e nell'assorbimento della luce da parte del sistema. Gli elettroni non legati agiscono come mediatori, interagendo sia con le coppie Cooper che con la luce.
"Il design che abbiamo sviluppato è molto semplice. Pertanto, crediamo che la nostra scoperta possa essere applicabile a più casi, " dice Savenko. "Ci aspettiamo che l'esperimento corrispondente sarà condotto nel prossimo futuro. Dovrebbe mostrare o la modifica della corrente elettrica, o l'alterazione dello spettro della luce riflessa o trasmessa, a seconda della densità delle coppie Cooper."
