В тёмной комнате вспыхивает инфракрасный лазер, и кусочек чёрного порошка K3C60 на долю секунды начинает проводить ток без сопротивления. Свет бьёт на частоте 10 терагерц — это в тысячу раз быстрее, чем работает микроволновка. Эффект усиливается в сто раз по сравнению с другими частотами. Почему именно эта частота? Учёные построили компьютерную модель и нашли ответ.
Электроны в материале обычно движутся поодиночке, но при сверхпроводимости они объединяются в пары, как танцоры, взявшиеся за руки. Свет с частотой 10 терагерц действует как музыка, которая заставляет одиночек найти партнёра. Первый фотон выбивает электрон из общего строя, а второй фотон помогает ему образовать пару с другим электроном. Этот двухступенчатый путь разрешён симметрией кристалла и работает гораздо эффективнее, чем одиночное поглощение света.
Модель показала: резонансная частота зависит от размера кристаллической решётки. Чем больше кусок материала, тем ниже частота, на которой возникает усиление. Для маленького кластера из 14 атомов расчёт даёт 30 терагерц, а для реального кристалла — как раз около 10 терагерц. Это совпадает с экспериментом. Учёные проверили разные силы взаимодействия электронов и нашли, что эффект сильнее всего при умеренной связи — не слишком слабой, но и не слишком сильной.
Результат важен не только для K3C60. Он показывает, что свет может напрямую управлять спариванием электронов в целом классе материалов. Такие материалы называют хаббардовскими, и они встречаются во многих сверхпроводниках. Возможно, в будущем появятся устройства, где сверхпроводимость включается коротким лазерным импульсом.
Частота 10 терагерц лежит в дальнем инфракрасном диапазоне. Такое излучение поглощается водяным паром в воздухе, поэтому эксперименты проводят в вакууме или в атмосфере сухого азота.
В романе Артура Кларка «Свет иных дней» свет используется для наблюдения за прошлым, но здесь он буквально переключает квантовое состояние вещества.