最近beat365官方网站量子材料中心王楠林教授課題組與合作者利用時間分辨太赫茲光譜系統研究了銅氧化物高溫超導體La2-xBaxCuO4的非平衡态光學響應，在存在超導和條紋序競争的樣品（x=0.114, 0.125）中發現近紅外泵浦光可以熔化條紋序但并不能誘導瞬态三維超導。該工作以“La2−xBaxCuO4體系中光緻競争條紋序熔化但未誘導超導”（Light-Induced Melting of Competing Stripe Orders without Introducing Superconductivity in La2−xBaxCuO4）為題，于2024年3月4日發表在《物理評論X》（Physical Review X）上。
近年來超快激光與凝聚态物理的交叉融合不斷深入，湧現出衆多新的研究前沿和熱點，推動了學科的創新發展。利用超短激光脈沖不僅可以發展各種超快時間分辨的譜學技術，探測和表征量子材料的非平衡态和非線性響應和性質，而且可以驅動量子材料發生非熱相變，實現對量子物态超快調控。在超導研究領域，該方面的發展推動和産生了兩個令人關注的新興研究前沿，一是超導體中集體激發Higgs模的非線性/非平衡态探測，另一是光激發所誘導可能的“瞬态高溫超導”。在後一方面，文獻報道銅氧化物高溫超導體系中的光誘導“瞬态超導”甚至可出現在室溫以上溫度，引起了凝聚态物理領域的廣泛關注。
然而，銅氧化物高溫超導體正常态中的“瞬态超導”僅能維持數個皮秒（1 ps = 10-12s），極短的持續時間使得通過輸運和磁化測量直接探測超導的零電阻現象和邁斯納效應變得十分困難。“瞬态超導”的實驗證據主要來自晶體c軸方向的超快太赫茲光譜響應，主要表現為泵浦光激發後反射率出現類似于平衡态約瑟夫森等離子體邊的形狀，電導率虛部有1/w依賴特征。但後續研究表明光激發後電導率實部的瞬态變化不滿足超導凝聚的譜重求和規則，另外受限于時域太赫茲光譜在低頻段的測量範圍，晶體c軸方向的超快太赫茲光譜并不能真正區分瞬态超導與散射率極小的正常載流子對光電導譜的貢獻(Phys. Rev. X 10, 011056 (2020))。
由于c-方向的瞬态光譜響應特征能否被判斷為超導存在争議和不同解釋，需要開辟新的途徑對此開展進一步研究。在銅氧化物高溫超導體中，超導凝聚主要發生在CuO2平面内，而沿着c軸的超流響應是由庫珀對的約瑟夫森隧穿産生的。因此自然可以認為如果沿c軸建立了瞬态超導狀态，在CuO2平面内應該同時觀察到超導響應。否則，如果面内瞬态響應不是超導，則c軸太赫茲譜中出現的光緻反射率邊則不應歸因于光緻瞬态超導。因此，瞬态ab面内太赫茲響應可以幫助研判光誘導的非平衡狀态是否是超導态。
王楠林課題組與美國布魯克海文國家實驗室的C. C. Homes教授和顧根大教授等合作，系統研究了La2-xBaxCuO4（x=0.114, 0.125）體系存在條紋序樣品正常态各向異性的超快太赫茲光譜響應。他們利用自主建設的“光泵浦-太赫茲探測”時域測量系統測量了超導溫度以上ab面内和c方向的瞬态太赫茲響應。發現雖然c軸太赫茲光譜中出現了泵浦誘導的反射率邊特征，但沿CuO2平面的反射率是同時降低，分析表明源自準粒子的散射速率增加。這種面内瞬态響應明顯不是超導凝聚的譜學特征，因此進一步說明c軸瞬态響應也不能用等效的約瑟夫森隧道效應來解釋。該工作表明用光子能量遠高于銅酸鹽超導能隙的泵浦脈沖熔化競争的條紋序并不能誘導瞬态三維超導。
圖1：La2-xBaxCuO4樣品在偏振平行于c軸近紅外NMR泵浦光激發後的瞬态太赫茲響應，其中（a）NIR泵浦-太赫茲探測示意圖，（b）La2-xBaxCuO4體系相圖(源自PhysRevB.83.104506)，（c）x=0.125與0.114樣品在溫度為5K時平衡态ab平面和c軸方向的反射率，（d）x=0.125樣品正常态5K溫度時在1300 nm泵浦光激發後太赫茲電場相對變化随時間延遲的依賴行為，（e）考慮泵浦光和太赫茲探測光穿透深度不匹配效應後計算得到的c軸太赫茲反射率，低頻出現類似約瑟夫森等離子體邊的特征，（f）泵浦後ab平面太赫茲反射率降低，與超導凝聚性質相反。
該工作中，beat365官方网站量子材料中心博雅博士後張思捷為文章的第一作者，張思捷和王楠林為文章的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、國家重點研發計劃和美國能源部基礎能源科學基金的支持。
論文鍊接：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.14.011036.
