Учёные MIT впервые увидели квантовые колебания внутри сверхпроводников

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) совершили прорыв, впервые напрямую наблюдая квантовые колебания внутри сверхпроводящего материала с помощью нового терагерцового микроскопа.

Терагерцовое излучение, находящееся между микроволнами и инфракрасным светом, идеально подходит для изучения колебаний атомов и электронов. Однако его длинная волна (сотни микрон) не позволяла исследовать микроскопические объекты из-за дифракционного предела.

Учёные обошли это ограничение, создав микроскоп на основе спиновых эмиттеров, которые генерируют короткие терагерцовые импульсы. Помещая образец вплотную к эмиттеру, они смогли сжать свет в область, меньшую длины волны, и исследовать детали на квантовом уровне.

С помощью этого инструмента команда изучила высокотемпературный сверхпроводник BSCCO, охлаждённый почти до абсолютного нуля. Микроскоп позволил наблюдать коллективные колебания сверхпроводящих электронов, движущихся как «сверхтекучая» среда.

Этот новый микроскоп теперь позволяет нам увидеть новый режим сверхпроводящих электронов, который никто и никогда раньше не видел, — говорит профессор физики MIT Нух Гедик.

Исследование, опубликованное в журнале Nature, открывает новые возможности для изучения сверхпроводимости и поиска материалов для комнатно-температурных сверхпроводников. Технология также может помочь в разработке будущих систем беспроводной связи терагерцового диапазона, способных передавать данные гораздо быстрее, чем современные микроволновые технологии.

Есть огромное стремление вывести Wi-Fi или телекоммуникации на следующий уровень, на терагерцовые частоты, — говорит ведущий автор исследования Александр фон Хёген. — Если у вас есть терагерцовый микроскоп, вы можете изучать, как терагерцовый свет взаимодействует с микроскопически маленькими устройствами, которые могут служить будущими антеннами или приёмниками.

ИИ: Это фундаментальное открытие не только подтверждает теоретические предсказания, но и открывает новое экспериментальное окно в мир квантовых материалов. Возможность напрямую «видеть» такие коллективные колебания может ускорить разработку революционных технологий, от сверхбыстрой связи до квантовых вычислений.