激光诱导超导——量子物理学的新前沿

超导是一种非凡的现象，它能使材料在零损耗的情况下携带电流。这种集体量子行为是某些导体所独有的，而且只有在温度大大低于室温时才会发生。

许多现代研究都在所谓的非平衡状态下研究了这种行为，即在材料被推离热平衡的情况下。在这种情况下，即使在环境温度下，似乎也可以再现超导的某些特征。在激光脉冲的照射下，这种非平衡高温超导现象被证明是存在的，它可用于不同于静态超导现象的应用，例如用于由激光脉冲控制的高速设备。

中红外激光脉冲相干地驱动YBa2Cu3O6.48中的原子模式，并在高温下稳定超导波动。这种量子相干性导致了静态磁场的超快释放

光诱导超导
这种现象被称为“光诱导超导”，意在与平衡状态的对应物进行类比。在过去十年中，一个重要的前沿课题是描述光诱导超导态的特性，并了解这种态在多大程度上再现了传统超导体的已知特性。

众所周知，超导体除了能够无损耗地传输电流外，还能从内部驱逐磁场。这种现象在平衡条件下被称为迈斯纳效应，是电荷载流子的相互一致性及其步调一致趋势的直接结果。然而，测量光诱导超导的磁场驱逐一直是一项挑战，因为这种效应只持续几皮秒（万亿分之一秒），因此无法精确测量磁场变化。

磁场测量的突破性进展
由Andrea Cavalleri领导的德国汉堡马克斯-普朗克物质结构与动力学研究所的研究小组开发出了一种新实验，能够以极快速度监测超导体的磁特性。他们对经激光照射的YBa2Cu3O6+x进行了研究，这种化合物的静态超导电性只有在零下200摄氏度时才能看到。“我们发现，光激发YBa2Cu3O6.48除了具有近乎零电阻的特点外，还能从其内部释放出静态磁场。”现发表在《自然》杂志上的这篇文章的作者塞Sebastian Fava说。

洞察材料在光照下的行为
这项实验是通过在被测样品附近放置一个观察晶体，并用它来测量局部磁场强度而实现的。晶体将磁场的变化反映为飞秒激光脉冲偏振态的变化。论文共同作者之一Giovanni de Vecchi说："由于探测脉冲持续时间短，我们能够以亚皮秒分辨率和前所未有的灵敏度重建YBa2Cu3O6.48样品周围磁场的时间演化。

对超导材料的影响
“我们观察到的光诱导磁场驱逐在大小上与通过冷却使YBa2Cu3O6+x在平衡状态下超导时测得的磁场驱逐相当，”论文合著者Michele Buzzi补充说，“这表明，驱动材料甚至可能是使其超导特性更接近环境条件的有效途径。”由于对YBa2Cu3O6.48中光诱导超导性的微观起源仍未达成共识，这些结果对当前的理论来说是一个重要的基准。

光激发超导的潜力
在YBa2Cu3O6+x中，超导阶并没有在平衡超导转变温度以上完全消失，仍然存在一些局部波动的超导阶，有点类似于无序态。这些突破性发现表明，利用定制光脉冲对YBa2Cu3O6+x进行光激发，可以同步这种波动状态并在远高于材料在平衡状态下成为超导的温度下恢复超导秩序，直至室温。