德国亥姆霍兹研究中心协会 破译超导体中以前不可见的动力学——希格斯波谱学可能使这成为可能:以高温超导体铜酸盐为例，一个国际研究小组已经能够证明这种新测量方法的潜力
通过施加强太赫兹脉冲(频率ω)，他们刺激并持续保持材料中的希格斯振荡(2ω)
将系统谐振驱动到希格斯振荡的本征频率反过来导致产生具有三倍频率(3ω)的特征太赫兹光
荣誉:HZDR / Juniks破译超导体中以前不可见的动力学——希格斯光谱学可能使这成为可能:以高温超导体铜酸盐为例，一个国际研究小组已经能够展示新测量方法的潜力。
通过施加强太赫兹脉冲(频率ω)，他们刺激并持续保持材料中的希格斯振荡(2ω)
将系统谐振驱动到希格斯振荡的本征频率反过来导致产生具有三倍频率(3ω)的特征太赫兹光
信用:HZDR/Juniks下载 从可持续能源到量子计算机:高温超导体有潜力革新当今的技术
尽管进行了深入的研究，然而，我们仍然缺乏必要的基础知识来开发这些复杂的材料，以便广泛应用
“希格斯光谱学”可能会带来一个分水岭，因为它揭示了超导体中成对电子的动力学
一个以亥姆霍兹-曾特朗德累斯顿-罗森多夫(HZDR)和马克斯·普朗克固体研究所(MPI-FKF)为中心的国际研究联盟正在《自然通讯》杂志上介绍这种新的测量方法
值得注意的是，动力学还揭示了超导性的典型前兆，甚至高于所研究的材料获得超导性的临界温度
超导体传输电流时不会损失能量
如果不是因为超导性需要-140摄氏度及以下的温度，利用它们可以大大降低我们的能源需求
材料只有在这一点以下才会“开启”超导性
所有已知的超导体都需要复杂的冷却方法，这使得它们不适合日常使用
高温超导体有望取得进展，如铜酸盐——基于氧化铜的创新材料
问题是，尽管多年的研究努力，他们的确切运作模式仍然不清楚
希格斯波谱学可能会改变这一点
希格斯波谱学为高温超导性提供了新的见解 “希格斯波谱学为我们提供了一个全新的‘放大镜’来检查物理过程，”博士说
简-克里斯托夫·戴耐特报道
HZDR辐射物理研究所的研究员正在与FKF理工大学、斯图加特大学和东京大学以及其他国际研究机构的同事一起研究这种新方法
科学家们最热衷于发现的是高温超导体中电子是如何成对的
在超导性中，电子结合产生“库珀对”，这使它们能够成对地穿过材料，而不与环境发生任何相互作用
但是，当两个电子的电荷实际上使它们相互排斥时，是什么使它们配对的呢？对于传统超导体，有一种物理解释:“电子因晶格振动而配对，”教授解释说
斯特凡·凯泽是这项研究的主要作者之一，他在FKF MPI和斯图加特大学研究超导体的动力学
一个电子扭曲晶格，然后吸引第二个电子
然而，对于铜酸盐，目前还不清楚是哪种机制取代了晶格振动
“一个假设是，这种配对是由于波动的自旋，我
e
磁性相互作用，”凯泽解释道
“但关键问题是:它们对超导性的影响，尤其是对库珀对性质的影响，能否直接测量？” 至此，“希格斯振荡”进入阶段:在高能物理中，它们解释了为什么基本粒子有质量
但是它们也存在于超导体中，在超导体中它们可以被强激光脉冲激发
它们代表有序参数的振荡——衡量材料超导状态的尺度，换句话说，就是库珀对的密度
理论到此为止
几年前，当东京大学的研究人员使用超短光脉冲激发传统超导体中的希格斯振荡时，第一个实验证明成功了——就像让钟摆运动一样
然而，对于高温超导体来说，这种一次性脉冲是不够的，因为超导电子和非超导电子之间的相互作用以及有序参数的复杂对称性使系统受到了太多的阻尼
太赫兹光源保持系统振荡 多亏了希格斯波谱学，围绕FKF粒子物理研究所和HZDR的研究联盟现在已经实现了高温超导体的实验突破
他们的诀窍是使用一种多周期、极强的太赫兹脉冲，这种脉冲被优化为希格斯振荡，尽管有阻尼因素，也能保持希格斯振荡——不断推动隐喻的钟摆
有了HZDR的高性能太赫兹光源TELBE，研究人员每秒能够发送10万个这样的脉冲通过样本。
“我们的源在世界上是独一无二的，因为它在太赫兹范围内的高强度加上非常高的重复率，”戴纳特解释说
“我们现在可以有选择地驱动希格斯振荡，并非常精确地测量它们
" 这一成功归功于理论科学家和实验科学家之间的密切合作
这个想法是在MPI-FKF孵化的；这项实验是由泰贝博士领导的团队进行的
简-克里斯托夫·戴耐特和博士
在当时的组长谢尔盖·科瓦列夫教授的领导下
现在在德国航空航天中心和柏林大学进行研究的迈克尔·根施说:“这些实验对于大规模研究设施的科学应用具有特殊的重要性
他们证明了高功率太赫兹源如TELBE可以处理复杂的研究，使用非线性太赫兹光谱对一系列复杂的样品，如铜酸盐
" 这就是为什么研究小组预计未来会有很高的需求:“希格斯波谱学作为一种方法开辟了全新的潜力，”博士解释说
楚浩是这项研究的主要作者，也是马普-UBC-东京量子材料中心的博士后
“这是一系列实验的起点，这些实验将为这些复杂的材料提供新的见解
我们现在可以采取非常系统的方法
" 略高于临界温度:超导从哪里开始？ 通过进行一系列的测量，研究人员首先证明了他们的方法适用于典型的铜酸盐
在临界温度以下，研究小组不仅能够激发希格斯振荡，还证明了一种新的、以前没有观察到的激发与库珀对希格斯振荡相互作用
进一步的实验将不得不揭示这些相互作用是否是磁性相互作用，正如专家们激烈争论的那样
此外，研究人员发现了库珀对也可以在临界温度以上形成的迹象，尽管没有一起振荡
其他测量方法先前已经暗示了这种早期成对形成的可能性
希格斯波谱学可以支持这一假设，并阐明这对粒子何时、如何形成，以及是什么导致它们在超导体中一起振荡
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