德国汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所(MPSD)和美国布鲁克海文国家实验室的研究人员展示了一种利用太赫兹光脉冲研究超导体无序性的新方法。
将核磁共振中使用的方法应用于太赫兹光谱学，该团队首次能够跟踪传输性质的无序演变，直到超导转变温度。这项研究发表在《自然物理学》杂志上。
无序在物理学中的重要性与研究它的难度不相上下。例如，高温超导体的显著特性很大程度上受到固体化学成分变化的影响。
能够测量这种无序及其对电子性质影响的技术，如扫描隧道显微镜，只能在非常低的温度下工作，并且对接近转变温度的这些物理现象视而不见。
超导是一种允许电流无阻力流动的量子现象，由于其变革性的技术影响，它是凝聚态物理学中最重要的现象之一。
许多在所谓的“高温”(约-170°C)下变成超导的材料，比如众所周知的铜超导体，其非凡的特性来自于化学掺杂，这引入了无序性。然而，这种化学变化对其超导性能的确切影响尚不清楚。
在超导体和更普遍的凝聚态系统中，通常通过具有精确空间分辨率的实验来研究无序，例如使用极其锋利的金属尖端。然而，这些实验的灵敏度限制了它们在远低于超导转变的液氦温度下的应用，从而阻碍了与转变本身相关的许多基本问题的研究。
从多维光谱技术中获得灵感，最初是为核磁共振开发的，后来被研究分子和生物系统的化学家应用于可见光和紫外光频率，MPSD的研究人员将这类技术扩展到太赫兹频率范围，在太赫兹频率范围内，固体的集体模式会发生共振。
这项技术包括用多个强太赫兹脉冲依次激发感兴趣的材料，通常是在一个共线几何结构中，脉冲沿着同一方向传播。
为了研究铜超导体la1.83 sr0.17 cuo4(一种透射最小光的不透明材料)，研究小组首次在非共线几何结构中实现二维太赫兹光谱(2DTS)，扩展了传统方案，使研究人员能够通过发射方向隔离特定的太赫兹非线性。
通过这种角度分辨的2DTS技术，研究人员观察到铜中的超导输运在被太赫兹脉冲激发后被恢复，他们将这种现象称为“约瑟夫森回声”。
令人惊讶的是，这些Josephson回波揭示了超导传输中的无序性明显低于通过空间分辨技术(如扫描显微镜实验)测量到的超导间隙中的相应无序性。
此外，角度分辨2DTS技术的多功能性使该团队首次测量了超导转变温度附近的无序性，发现它在相对温暖的转变温度的70%处保持稳定。
除了对铜超导体的神秘性质有了更深入的了解外，研究人员还强调，这些首次实验为许多令人兴奋的未来方向打开了大门。除了将角分辨2DTS更广泛地应用于其他超导体和量子材料之外，2DTS的超快特性使其适用于对传统无序探针来说太短暂的物质瞬态。
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