根據一項新研究，科學家們發現，用閃光觸發超導涉及到與設備所需的更穩定狀態相同的基本物理學，從而為產生室溫超導開闢了一條新的道路。
研究人員可以通過使系統進入稍微不穩定的狀態–科學家稱之為“失衡”–然後觀察它重新穩定到一個更穩定的狀態時會發生什麼，就像人們可以通過走出他們的舒適區來了解自己。
對超導材料釔鋇銅氧化物（或稱YBCO）的實驗表明，在某些條件下，用激光脈衝使其失衡，可以使其超導–無損耗地傳導電流–比研究人員預期的要更接近室溫。鑒於科學家們已經在室溫超導體上工作了三十多年，這可能是一個重大突破。
但是，對這種不穩定狀態的觀察是否與高溫超導體在現實世界中的功能有任何關聯？周三發表在《科學進展》上的一項研究表明，答案是肯定的。
美國能源部SLAC國家加速器實驗室的科學家、開展這項研究的國際研究小組的負責人Jun-Sik Lee 說：“人們認為，即使這種類型的研究是有用的，但它對未來的應用並不很有希望。”
“但現在我們已經表明，這些不穩定狀態的基本物理學與穩定狀態的物理學非常相似。因此，這開闢了巨大的機會，包括其他材料也可以通過光的作用進入瞬態超導狀態的可能性。這是一種有趣的狀態，我們無法以其他方式看到。”
正常是什麼樣子的？
釔鋇銅氧化物是1986年發現的一個材料家族的成員，它在遠高於科學家以前認為可行的溫度下能以零電阻導電。
與70多年前發現的傳統超導體一樣，YBCO在冷卻到某個過渡溫度以下時從正常狀態切換到超導狀態。在這一點上，電子配對並形成一種凝結物–一種“電子湯”–可以毫不費力地導電。科學家們對這種情況在舊式超導體中是如何發生的已經有了堅實的理論，但是對於它在像YBCO這樣的非常規超導體中是如何工作的仍然沒有共識。
解決這個問題的一個方法是研究YBCO的正常狀態，它本身就很奇怪。正常狀態包含一些複雜的、相互交織的物質相，每個相都有可能幫助或阻礙向超導性的過渡，這些相“爭奪主導權”，有時還會重疊在一起。更重要的是，在其中一些相位中，電子似乎“認識到了對方”，並集體行動。
這是一個真正的糾結，研究人員希望更好地理解它將闡明這些材料如何以及為什麼在比傳統超導體預測的理論極限高得多的溫度下變得超導。
在發生這些迷人的正常狀態的溫暖溫度下很難對其進行探索，因此科學家們通常將他們的YBCO樣品冷卻到它們成為超導的程度，然後關閉超導性以恢復正常狀態。
切換通常是通過將材料暴露在一個磁場中來完成的。這是最受歡迎的方法，因為它使材料處於穩定的配置中–你需要創建一個實用的設備。
Jun-Sik Lee 說，超導性也可以通過一個光脈衝來關閉。這創造了一個有點失衡的正常狀態。失衡–從科學的角度來看，有趣的事情可以發生。但是它不穩定的事實使科學家們對假設他們在那裡學到的任何東西也可以應用於穩定的材料，如實際應用所需的材料，持謹慎態度。
在這項研究中，Jun-Sik Lee 和他的合作者比較了兩種“開關”方法–磁場和光脈衝–重點是它們如何影響超導材料中出現的一種被稱為電荷密度波或CDWs的特殊物質相。CDWs是較高和較低電子密度的波狀模式，但與海浪不同，它們不會四處移動。
2012年科學家發現了二維CDWs，2015年Jun-Sik Lee 和他的合作者又發現了一種新的三維CDW類型。這兩種類型都與高溫超導性密切相關，它們可以作為超導性開啟或關閉的過渡點的標誌。
為了比較YBCO的超導性在光與磁的作用下被關閉時CDW是什麼樣子，研究小組在三個X射線光源下做了實驗。
首先，他們在SLAC的斯坦福同步輻射光源（SSRL）測量了未受干擾材料的屬性，包括其電荷密度波。然後，該材料的樣本在日本的SACLA同步輻射設施中暴露於高磁場中，並在韓國浦項加速器實驗室的X射線自由電子激光器（PAL-XFEL）中暴露於激光中，以便可以測量其CDW的變化。
“這些實驗表明，將樣品暴露在磁力或光線下會產生類似的CDWs的三維模式，”SLAC工作人員和研究報告的共同作者Sanghoon Song說。他說，儘管這種情況如何以及為什麼會發生仍不為人所知，但這些結果表明，這兩種方法所誘導的狀態具有相同的基本物理學。他們表明，激光可能是創造和探索瞬態的好方法，這些瞬態可以穩定地用於實際應用–包括潛在的室溫超導性。
來自韓國浦項加速器實驗室和浦項科技大學；日本東北大學、理化學研究所SPring-8中心和日本同步輻射研究所；以及德國馬克斯-普朗克固體研究所的研究人員也對這項工作做出了貢獻，這項工作由美國能源部科學辦公室資助。SSRL是美國能源部科學辦公室的一個用戶設施。