科學(xué)家實(shí)現(xiàn)加速超電流、開啟禁光發(fā)射，獲得量子世界的獨(dú)特性質(zhì)

科學(xué)家利用光波實(shí)現(xiàn)加速超電流，并獲得量子世界的獨(dú)特性質(zhì)，包括有朝一日可能應(yīng)用于高速量子計算機(jī)、通信和其他技術(shù)的禁光發(fā)射。艾奧瓦州立大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)教授、該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、美國能源部艾姆斯實(shí)驗(yàn)室資深科學(xué)家王繼剛(音譯)表示：科學(xué)家們在超電流中看到了意想不到的東西，超電流是在超低溫下沒有阻力地穿過材料的電流，打破了對稱性，經(jīng)典物理定律所禁止的。

艾姆斯實(shí)驗(yàn)室率先使用太赫茲頻率的光脈沖（每秒數(shù)萬億個脈沖）在超電流中加速電子對，即所謂的庫珀對。在這種情況下，研究人員跟蹤了加速電子對發(fā)出的光。發(fā)現(xiàn)是“二次諧波光發(fā)射”，也就是用來加速電子入射光頻率的兩倍，這類似于顏色從紅色光譜轉(zhuǎn)移到深藍(lán)色。這些二次諧波太赫茲輻射在超導(dǎo)體中被禁止，這違背了傳統(tǒng)觀點(diǎn)。

研究的合作者包括阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校物理學(xué)教授兼主席伊利亞斯·佩拉基斯(Ilias Perakis)、雷蒙德·R·霍爾頓工程學(xué)教授雷蒙德·R·霍爾頓(Raymond R.Holton)和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校西奧多·H·格巴勒(Theodore H.Geballe)教授，其研究成果發(fā)表在《物理評論快報》期刊上。佩拉基斯表示：禁光發(fā)射讓我們能夠接觸到一類奇異的量子現(xiàn)象（也就是原子小尺度上的能量和粒子）稱為被禁止的安德森偽自旋進(jìn)動。

這些現(xiàn)象是以已故的菲利普·W·安德森(Philip W.Anderson)的名字命名，安德森是1977年諾貝爾物理學(xué)獎的共同獲得者之一，他對玻璃等缺乏規(guī)則結(jié)構(gòu)無序材料中的電子運(yùn)動進(jìn)行了理論研究。新研究是通過一種名為量子太赫茲光譜學(xué)的工具來實(shí)現(xiàn)，這種工具可以可視化并引導(dǎo)電子。使用太赫茲激光閃光作為控制旋鈕來加速超電流，并獲得新的和潛在有用的物質(zhì)量子態(tài)。國家科學(xué)基金會支持該儀器的開發(fā)，以及目前對禁光發(fā)射的研究。

科學(xué)家們說，對這一現(xiàn)象和其他量子現(xiàn)象的了解有助于推動重大創(chuàng)新。就像今天的千兆赫晶體管和5G無線路由器在半個多世紀(jì)前取代了兆赫真空管或熱離子閥一樣，科學(xué)家們正在尋找設(shè)計原則和新穎設(shè)備的飛躍，以實(shí)現(xiàn)量子計算和通信能力。想方設(shè)法控制、獲取和操縱量子世界的特殊特征，并將它們與現(xiàn)實(shí)世界的問題聯(lián)系起來，這是如今一項(xiàng)重大的科學(xué)努力。國家科學(xué)基金會已將量子研究納入其對國家至關(guān)重要未來研發(fā)的‘十大想法’中。

超導(dǎo)態(tài)對稱性破缺的測定和理解，是基礎(chǔ)量子物質(zhì)發(fā)現(xiàn)和實(shí)用量子信息科學(xué)的新前沿。二次諧波產(chǎn)生是一個基本的對稱探針，這將有助于發(fā)展未來的量子計算策略和高速度、低能耗的電子產(chǎn)品。然而，在能夠到達(dá)那里之前，研究人員需要對量子世界進(jìn)行更多的探索。超導(dǎo)體中這種被禁止的二次諧波光發(fā)射，代表了“量子物質(zhì)的一個基本發(fā)現(xiàn)”。

博科園｜研究/來自：愛荷華州立大學(xué)

研究發(fā)表期刊《物理評論快報》

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