Perché alcuni materiali trasportano correnti elettriche senza alcuna resistenza solo quando vengono raffreddati vicino allo zero assoluto, mentre altri lo fanno a temperature relativamente elevate? Questa domanda chiave continua a irritare gli scienziati che studiano il fenomeno della superconduttività. Ora un team di ricercatori del gruppo di Andrea Cavalleri presso il Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) di Amburgo ha fornito prove che le "strisce" elettroniche in alcuni composti a base di rame possono portare a una rottura nella simmetria cristallina del materiale , che persiste anche nel loro stato superconduttore. Il loro lavoro è stato pubblicato su PNAS .

Concentrandosi su una gamma di cuprati, il team ha studiato la coesistenza e la competizione del loro stato superconduttore con altre fasi quantistiche. Si ritiene che tali interazioni siano cruciali per lo sviluppo della superconduttività ad alta temperatura, un processo che rimane oggi uno dei problemi irrisolti più importanti nella fisica della materia condensata.

I ricercatori hanno esposto diversi cristalli di cuprato, coltivati ​​e caratterizzati presso i Brookhaven National Labs, a impulsi di luce laser ultracorti. Hanno osservato come i materiali hanno iniziato a emettere un particolare tipo di luce terahertz (THz), una tecnica nota come spettroscopia di emissione THz.

Di solito, tali emissioni si verificano solo in presenza di un campo magnetico o di una corrente polarizzante. Tuttavia, il team dell'MPSD ha sondato i cuprati senza applicare alcun bias esterno e ha scoperto l'emissione di THz "anomala" in alcuni di essi. Quei composti presentavano il cosiddetto ordine della striscia di carica, in cui gli elettroni si dispongono in schemi a catena piuttosto che muoversi liberamente. L'ordine delle strisce di carica sembra rompere la simmetria cristallina del materiale, proprio come farebbero un campo magnetico o una corrente applicata, con questa rottura della simmetria che persiste nello stato superconduttore.

"Eseguendo esperimenti su vari composti", afferma Daniele Nicoletti, l'autore principale dell'articolo, "siamo rimasti molto sorpresi di trovare un'emissione THz chiara, coerente e quasi a un colore in alcuni superconduttori e, al contrario, una totale mancanza di risposta in altri. Noi sono stati in grado di associare le caratteristiche dell'emissione THz con ragionevole certezza alla presenza dell'ordine delle strisce di carica, una fase ordinata peculiare che si trova in varie famiglie di cuprati, che si ritiene svolga un ruolo nel meccanismo alla base della superconduttività ad alta temperatura. causare una rottura di simmetria nel superconduttore, la cui presenza non era stata rilevata in passato da altre tecniche sperimentali."

In collaborazione con i fisici dell'Università di Harvard, dell'ETH di Zurigo e della divisione teorica dell'MPSD, il team ha fornito una spiegazione dettagliata di questa fenomenologia. Partendo dall'osservazione che l'emissione coerente di THz avviene molto vicino alla "frequenza del plasma Josephson", che è la frequenza di tunneling risonante delle coppie di elettroni superconduttori attraverso i piani cristallini rame-ossigeno, i ricercatori hanno identificato i cosiddetti "plasmoni Josephson di superficie" come la fonte di emissione. Questi sono analoghi delle onde sonore che si sviluppano all'interfaccia tra il superconduttore e l'ambiente esterno. In linea di principio si tratta di modalità "silenziose", nel senso che non si accoppiano direttamente con la luce e quindi non dovrebbero irradiarsi. Tuttavia, è proprio la presenza della modulazione di carica introdotta dall'ordine delle strisce che fornisce il necessario accoppiamento con il mondo esterno e consente l'accensione di queste modalità.

Il lavoro del team fornisce nuove importanti informazioni sui processi che portano alla superconduttività ad alta temperatura. Rivela anche un'emissione THz anomala coerente come uno strumento sensibile per sondare la simmetria dei superconduttori in presenza di altre fasi. I ricercatori ritengono che dovrebbe essere applicato in futuro a una classe più ampia di composti, aprendo nuove possibilità per comprendere la fisica delle interazioni complesse in questi materiali. + Esplora ulteriormente

Nuove informazioni sulla superconduttività non convenzionale