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接近其临界温度的二维超导体暴露于太赫兹频率的电磁场中（图中橙色箭头）。在金属光栅（图中未展示）的帮助下，超导体中的自由电子激发形成等离激元。因此，自由电子充当中间介质：它们彼此相互作用，与光相互作用（通过等离激元）以及与库珀对相互作用，如图中红色虚线所示。 （图片来源：基础科学研究所）
韩国基础科学研究所（IBS）复杂系统理论物理中心的教授Ivan Savenko报告了一种使用光学工具研究超导体特性的理论方法。这一理论被发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，其共同作者是Vadim Kovalev博士，来自俄罗斯A.V. Rzhanov半导体物理研究所的物理学家。
在某个温度以下（称为临界温度），材料的电阻可能会消失，从而表现出超导性能。这个温度往往是极低的，介于-200摄氏度和-272摄氏度之间。在这样的低温下，自由电子通常会突然改变其行为并配对，形成库珀对（Cooper pairs）。这种改变表现为超导体中电流可以在材料中永久循环而不会出现损失。
不过，超导特性也可能会出现在略高于临界温度时。在这种所谓的波动状态下，库珀对开始出现和消失，从而大大改变了超导体的电导率以及其他特性。在五十多年前，Aslamazov和Larkin提出了一种理论，认为波动的超导体的电导率是由自由电子和库珀对介导的。然而，波动的超导性是一个极具挑战性的研究课题，关于它的研究还在继续。在这项新的研究中，研究人员提出了一种实验上可行的光谱学方法来监测电子传输现象。
“虽然基于电阻的测量和利用磁的测量方法已经可以很好地监视超导体，但是很难将光与超导结合起来”，Savenko解释道，“这是一个热门的研究领域，我们可以期待基础科学和创新应用的新发现”。
超导和光是两个看似无关的现象。通常，超导体对外部光不是很敏感：它们只能与外部光发生微弱的相互作用，更多的时候它们像是反射镜。然而这项研究表明，位于无线电和红外频域之间的太赫兹（THz）频率的光可以用于“光学地”探索超导体的特性。
研究人员对暴露于太赫兹波的二维波动半导体层的光电响应进行了建模。在接近临界温度时，新产生的库珀对会导致系统的电导率和光吸收发生显著变化。自由电子充当中间介质，与库珀对和光相互作用。
“我们开发出的设计非常简单。因此，我们相信我们的发现可以应用于多种情况，”Savenko表示，“我们希望相关的实验可以在不久的将来进行。它应该能够显示出电流的改变，或者显示出反射或透射光谱的改变，这取决于库珀对的密度。”
翻译：邱家曦
审校：戴晨
引进来源：基础科学研究所
引进链接：https://phys.org/news/2020-05-superconductors.html
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