关于铜氧化物高温超导体非平衡态光学性质的研究

北京大学物理学院量子材料中心的王楠林研究组在Physical Review X期刊发表文章针对上述问题开展了深入研究。该研究组在基金委重大科研仪器设备研制专项支持下自主建设了“能量可调近红外到中红外强场脉冲激光泵浦-太赫兹探测”实验系统。他们利用脉宽35 fs，重复频率1 KHz，单脉冲能量3.2 mJ的800nm激光泵浦一台共享白光的双路输出光参量放大器，由光参量放大器输出的近红外光作为泵浦光、或由其输出的两路信号光（偏振互相垂直）在非线性光学晶体GaSe上差频得到载波相位稳定的中红外泵浦光。研究组首先利用傅里叶变换光谱技术测量欠掺杂铜氧化物高温超导体YBa2Cu3O6+x 沿c轴方向宽广能量区间的反射谱，由Kramers-Kronig变换计算得到平衡态光学常数。之后利用不同能量的激光进行泵浦，研究了泵浦后不同时间延迟样品c轴方向在太赫兹波段的非平衡态光学性质。

由于铜氧化物高温超导体具有准二维的晶体结构，体系导电载流子主要被束缚在两维的CuO2层内，这些CuO2层由导电比较差的原子层所隔开。因此正常态时体系沿c轴方向导电性很差、反射率较低；但是当体系进入超导态后，相邻 CuO2层通过约瑟夫森效应耦合起来。超导凝聚在c轴方向太赫兹波段的光谱特征包括：反射率谱上出现一个陡峭的约瑟夫森等离子体边、电导率实部σ1的低频谱重丢失、电导率虚部σ2在零频附近出现发散。图1显示了超导转变温度55K的YBa2Cu3O6.55样品c轴方向的平衡态光学性质。