光驱动YBa2Cu3O6.48中的光诱导迈斯纳效应

超导性是一种令人着迷的现象，它使材料能够维持电流而不产生任何损失。这种物质的集体量子行为仅在远低于环境温度的某些导体中出现。

许多现代研究已经调查了这种行为在所谓的非平衡状态下的表现，即材料偏离热平衡的情况。在这些条件下，似乎即使在环境温度下也可以重现超导性的至少一些特征。这种非平衡高温超导性在激光脉冲照射下存在，可能适用于与设想的静态超导性不同的应用，例如由激光脉冲控制的高速设备。

这种现象被称为“光诱导超导”，与平衡超导现象类似。

过去十年的一个重要前沿是表征这种光诱导超导状态的特性，并了解该阶段在多大程度上再现了已知的传统超导体特性。

超导体除了能够无损传输电流外，还能够从其内部排出磁场。这种现象在平衡条件下被称为迈斯纳效应，是电荷载体相互相干性及其步调一致的趋势的直接结果。然而，测量光诱导超导的磁场排出一直具有挑战性，因为这种效应仅持续几皮秒(万亿分之一秒)，因此无法精确测量磁场变化。

德国汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所 (MPSD) 的 Andrea Cavalleri 领导的研究小组开发了一项新实验，能够以极快的速度监测超导体的磁性。他们研究了激光辐照的 YBa 2 Cu 3 O 6+x，这种化合物的静态超导性仅在低至约 −200 摄氏度时才可见。“我们发现，光激发的 YBa 2 Cu 3 O 6.48 ，除了具有接近零电阻的特性外，还会从其内部排出静磁场，”现已发表在《自然》杂志上的这篇文章的作者 Sebastian Fava 说 。

这项实验是通过将观察晶体放置在被研究样品附近并用它来测量局部磁场强度来实现的。晶体 将磁场的变化反映为飞秒​​激光脉冲偏振态的变化。“由于探测脉冲持续时间短，我们可以以亚皮秒分辨率和前所未有的灵敏度重建 YBa 2 Cu 3 O 6.48样品周围磁场的时间演变，”合著者之一 Giovanni de Vecchi 说。

“我们观察到的光致磁场排斥在大小上与 YBa 2 Cu 3 O 6+x 通过冷却达到平衡超导时测量到的排斥相当，”论文共同作者 Michele Buzzi 补充道。“这表明驱动材料甚至可能是使其超导性能更接近环境条件的有效途径，”论文共同作者 Gregor Jotzu 继续说道，他现在是 EPFL 的教员和动态量子材料实验室的负责人。由于 YBa 2 Cu 3 O 6.48 中光致超导性的微观起源仍未达成共识，这些结果是当前理论的重要基准。

在 YBa 2 Cu 3 O 6+x中，超导序在平衡超导转变温度以上不会完全消失，一些局部波动的超导序仍然存在，有点类似于无序状态。这些突破性的发现表明，使用定制光脉冲对 YBa 2 Cu 3 O 6+x进行光激发可用于同步这种波动状态，并在远高于材料在平衡状态下变为超导的温度(一直到室温)下恢复超导序。

MPSD 的研究通过卓越集群 CUI：物质高级成像获得了德国研究基金会的资金支持。MPSD 是自由电子激光科学中心 (CFEL) 的成员，该中心是 DESY 和汉堡大学的合资企业。这项研究是与马克斯普朗克固体研究所 (MPI-FKF) 的科学家密切合作进行的。

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