Fig. 1. Espectros de SHG e THG que são emitidos por irradiação de pulsos de laser de 6 fs em um supercondutor orgânico, κ- (BEDT-TTF) 2 Cu [N (CN) 2 ] Br. A observação do SHG nos materiais centrossimétricos indica uma corrente não linear que não pode ser descrita pela lei de Ohm. O painel direito mostra a estrutura cristalina da amostra. Crédito:NINS / IMS
Uma corrente petahertz polarizada é acionada por um laser ultracurto em um supercondutor orgânico. Isso está em contraste com a crença do senso comum que é justificada pela lei de Ohm, ou seja, uma corrente líquida não pode ser induzida por um campo elétrico oscilante de luz. A corrente aumenta perto da temperatura de transição supercondutora. A corrente petahertz movida a luz abre um caminho para a operação em alta velocidade de computadores um milhão de vezes mais rápido do que os convencionais.
Na moderna tecnologia da informação (TI), os dados são processados e transportados pelos movimentos dos elétrons em uma CPU. Nos circuitos elétricos, os elétrons se movem em uma direção desejada por um campo elétrico aplicado. Uma frequência de comutação liga-desliga do movimento do elétron, que é referido como um "clock da CPU", por exemplo, é uma ordem de gigahertz (10 9 Hz).
Por outro lado, um campo de luz oscilante com uma frequência de petahertz (10 15 Hz) tem o potencial de realizar a operação petahertz da comutação liga-desliga. Se alguém pode mover elétrons com a frequência da luz, a velocidade de processamento de dados pode ser um milhão de vezes mais rápida do que em computadores convencionais. Uma oscilação eletromagnética de luz tem, Contudo, corrente polarizada nunca conduzida (ou seja, o tempo médio da corrente durante o pulso de luz é zero), porque o campo de luz oscilante é temporalmente / espacialmente simétrico. Pesquisadores da Tohoku University, Universidade de Nagoya, Instituto de Ciência Molecular, A Universidade de Ciência de Okayama e a Universidade de Chuo conseguiram mover elétrons em um supercondutor orgânico em uma direção específica por irradiação de pulsos de laser ultracurtos.
Fig. 2. (a) Dependência de SHG com CEP (fase portadora-envelope) (b) Dependência de SHG com a temperatura. (A temperatura de transição supercondutora da amostra é 11,5 K.) Crédito:NINS / IMS
De acordo com a lei de Ohm, uma corrente induzida (e velocidade dos elétrons) é proporcional ao campo elétrico aplicado. Observe que a lei de Ohm é válida, se os elétrons estão espalhados muitas vezes em sólidos. Na verdade, a resistividade dos materiais é determinada pelos processos de espalhamento elétron-elétron e / ou elétron-fônon. Se o campo elétrico pode ser aplicado na escala de tempo menor do que o tempo de espalhamento, Contudo, os elétrons em sólidos não têm tempo suficiente para fazer a média. Em vez de, os elétrons devem ser acelerados e gerar uma corrente líquida polarizada. Portanto, os pesquisadores tentaram realizar essa 'corrente livre de espalhamento' usando pulsos de laser ultracurtos que são suficientemente mais curtos do que o tempo de espalhamento de elétrons (cerca de 40 femtossegundos em supercondutores orgânicos).
Um obstáculo para realizar tal experimento é que a detecção elétrica de uma corrente tão curta é impossível. Portanto, os pesquisadores empregam a detecção óptica. A geração de segundo harmônico (SHG) tem sido bem conhecida como o método para detectar quebra de simetria eletrônica, como um momento de dipolo macroscópico em ferroelétricos. O SHG também pode ser induzido pela corrente polarizada que é outro tipo de quebra de simetria eletrônica.
Os pesquisadores iluminam seu laser ultracurto com uma largura de pulso de cerca de 6 fs (6 × 10 -15 s) em um supercondutor centrossimétrico orgânico, κ- (BEDT-TTF) 2 Cu [N (CN) 2 ] Br, e detectar uma geração de segundo harmônico (SHG). Isso está em contraste com o senso comum porque o SHG é gerado apenas nos materiais nos quais a simetria espacial é quebrada. Sua detecção do SHG no material centrosimétrico indica que uma corrente líquida polarizada é gerada durante a irradiação de luz.
Fig. 3. Ilustração esquemática do SHG induzido por uma corrente não linear petahertz em um supercondutor orgânico κ-BEDT-TTF compostos Crédito:NINS / IMS
Para confirmar essa corrente polarizada não linear, os pesquisadores investigam a dependência da fase portadora-envelope (CEP; fase relativa entre a oscilação da luz e seu envelope) do SHG, porque a natureza sensível do CEP é um comportamento característico do SHG induzido pela corrente. Uma mudança periódica da intensidade do SHG em função do CEP é uma evidência de que o SHG observado é realmente atribuível à corrente livre de espalhamento.
Os pesquisadores demonstram ainda essa relação entre a corrente livre de espalhamento e a supercondutividade. O presente resultado (Fig. 2b) mostra que o SHG é detectado na faixa de temperatura abaixo de 50 K (> temperatura de transição supercondutora ( T SC =11,5 K)). O resultado também mostra que a intensidade do SHG cresce rapidamente em direção à temperatura de transição abaixo de 25 K (∼2 × T SC ), indicando que a corrente livre de espalhamento é sensível a uma "flutuação supercondutora". Em muitos supercondutores, a flutuação supercondutora, ou sementes microscópicas de supercondutividade, foi encontrado em temperaturas mais altas do que a transição supercondutora, e o aumento na intensidade do segundo harmônico parece estar relacionado às flutuações supercondutoras.
Os pesquisadores dizem, "Com maior compreensão da corrente petahertz não linear livre de espalhamento, podemos ser capazes de fazer computadores com uma velocidade de operação de petahertz que é milhões de vezes mais rápida do que os atuais de gigahertz. Este fenômeno pode ser usado também como uma ferramenta para elucidar o mecanismo microscópico dos estados supercondutores, porque é sensível à flutuação supercondutora. "
