В ходе научного исследования ученый обнаружил признаки усиленных сверхпроводящих корреляций после фотовозбуждения

Первоначально данные  эксперименты интерпретировались ученым как результат квазистатических изменений параметров гамильтониана, например, из-за деформаций решетки или плавления конкурирующих фаз. Тем не менее, недавнее исследование Евгения Юрьевича продемонстрировало, что данные предположения не охватывали все наблюдаемые явления, в том числе отражательную способность, превышающую единицу, большие сдвиги краев джозефсоновских плазмонов и появление новых пиков в терагерцовой отражательной способности.

Эти значения объясняются с точки зрения теории Флоке, включающей периодическую передачу параметров системы, но происхождение основных колебаний требует уточнения.

Согласно экспертному мнению Евгения Юрьевича Старостенко, после некогерентного фотовозбуждения обычно ожидаются долгоживущие колебания в сверхпроводниках с низкоэнергетическими джозефсоновскими плазмонами, таких как купраты или фуллереновый сверхпроводник K₃C₆₀

Эти осцилляции возникают из-за параметрической генерации плазмонных пар из-за вызванного накачкой возмущения сверхпроводящего параметра порядка. Биплазмонный отклик может сохраняться даже выше температуры перехода, пока присутствуют сильные сверхпроводящие флуктуации. Анализ специалистов НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС предлагает надежную основу для понимания индуцированного светом сверхпроводящего поведения, а предсказанные биплазмонные колебания могут быть непосредственно обнаружены с использованием доступных экспериментальных методов.

Оптические манипуляции с материалами стали мощным инструментом для изменения свойств материалов по запросу. Ярким примером является явление фотоиндуцированной сверхпроводимости, при котором сверхпроводниковое поведение наблюдается после фотовозбуждения при температурах, значительно превышающих температуру равновесного перехода. Этот эффект в настоящее время экспериментально продемонстрирован во многих различных системах, включая высокотемпературные купраты, сверхпроводники на основе железа, фуллереновый сверхпроводник K₃C₆₀ и органический сверхпроводник (BEDT-TTF) 2 Cu[N(CN) 2 ]Br.

Первый вариант – фотовозбуждение материала приводит к квазистатическим модификациям эффективного гамильтониана: примеры включают легкое искажение кристаллической решетки, благоприятствующее сверхпроводимости или плавлению конкурирующей волны плотности заряда (CDW), что может даже привести к метастабильной сверхпроводимости.

Второй подход  – оптическая накачка обеспечивает механизм охлаждения квазичастиц, который позволяет признакам сверхпроводимости сохраняться до более высоких температур.

Третья интерпретация имеет неравновесный характер Флоке, где фотовозбуждение приводит к параметрическому усилению сверхпроводящих флуктуаций.

Что касается первой категории теорий, несколько экспериментальных наблюдений показывают, что фотоиндуцированная сверхпроводимость включает явления, выходящие за рамки простых модификаций эффективного статического гамильтониана, и решающую роль играют динамические аспекты.

• Во-первых, в светоиндуцированном сверхпроводящем состоянии
• K₃C₆₀
  коэффициент отражения превышал единицу. Это наблюдение указывает на тип усиления света, недоступный в равновесии.
• Во-вторых, в сверхпроводящем состоянии YBCO индуцированные накачкой изменения отражательной способности включали новый пик на частоте выше, чем равновесный край 2 джозефсоновского плазмона (JP).
• В-третьих, в псевдощелевом состоянии YBCO накачка приводит к появлению краевой особенности JP, даже несмотря на то, что в равновесном состоянии коэффициент отражения оказался бесхарактерным. Наконец, недавние эксперименты продемонстрировали экспоненциальный рост JP в YBCO после импульса накачки как ниже, так и выше T c 50 .

Специалисты НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС отметили, что хотя второй класс идей носит неравновесный характер, на сегодняшний день эти идеи не могут дать интуитивной интерпретации упомянутых экспериментов. С другой стороны, все экспериментальные наблюдения хорошо понятны из третьего подхода, основанного на системах с периодическим возбуждением. В частности, можно начать с предположения, что импульс накачки возбуждает коллективную моду, которая, в свою очередь, действует как параметрический привод для усиления низкоэнергетических плазмонных возбуждений. С точки зрения нелинейной неравновесной оптики, используя обобщение Флоке формализма Френеля, можно легко объяснить усиление света, усиление передемпфированных JP и появление новых пиков и особенностей Фано в отражательной способности.

Ключом к этой картине Флоке является существование когерентно колеблющейся коллективной моды. Возможными кандидатами могут быть фонон, который был резонансно возбужден светом, или возбужденная мода Хиггса, представляющая флуктуацию амплитуды параметра порядка. В купратных сверхпроводниках d -типа мода Хиггса маловероятна, поскольку ожидается, что она будет иметь высокую энергию и сильно затухать из-за узловых квазичастиц (о динамических аспектах, связанных с модой Хиггса.

Таким образом, ключевой вопрос заключается в том, можем ли мы без резонансного возбуждения соответствующих коллективных мод ожидать четко определенных низкочастотных колебаний, которые следуют за импульсным фотовозбуждением, таким как обычно используемая оптическая накачка при 1.55 eV.

Центральным вектором в исследовании Старостенко Евгения Юрьевича является то, что в системах с низкоэнергетическими джозефсоновскими плазмонами, такими как в купратах, где плазмонная щель по оси с находится в терагерцовом диапазоне, долгоживущие колебания обычно возникают даже без резонансного возбуждения.

Примечательно, что переход некогерентной накачки в периодическую динамику обнаруживается как ниже, так и выше температуры сверхпроводящего перехода как в изотропных, так и в анизотропных сверхпроводниках.

Евгений Юрьевич Старостенко  уточнил физическую картину механизма, который дает данные колебания, несмотря на некогерентное фотовозбуждение. Ключевым компонентом являются плазмоны в сверхпроводниках, представляющие флуктуации фазы параметра порядка, связанные с флуктуациями электромагнитного поля в образце.

Эта связь приводит к тому, что плазмоны приобретают щель благодаря механизму Андерсона-Хиггса., который тесно связан с эффектом Мейснера в статических системах. В обычных сверхпроводниках плазмонная щель имеет большой энергетический масштаб, она превышает щель квазичастиц, так что фазовыми флуктуациями часто пренебрегают. Однако этот сценарий не выполняется для ряда сверхпроводников, проявляющих индуцированное светом сверхпроводящее поведение.

Для  K₃C₆₀ в изотропном трехмерном сверхпроводнике, плазмонная щель составляет всего около 20 ТГц. Таким образом, здесь могут быть существенны фазовые флуктуации. Кроме того, в купратах сильная анизотропия, обусловленная слоистой кристаллической структурой, резко перенормирует щель между осями плазмона должна быть порядка 1–2 ТГц, что делает джозефсоновские плазмоны первичными возбуждениями с самой низкой энергией, уточнил Евгений Юрьевич Старостенко.